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隐形隐形

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哈利波特书籍和电影,哈利的隐形衣非常有用。但是像我们这样的麻瓜能造一个吗?也许比你想象的要快。


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做隐形。我是鲍勃·赫森,这里是《科学更新》。

几年之内,隐形衣就可以从哈利波特的世界转移到我们的世界。伦敦帝国理工学院的理论物理学家约翰·彭德里如是说。在《科学,他和他的同事们提议用高科技超材料制作这样一件斗篷。彭德里解释说,在超材料中,分子被人工重新组织,以改变材料的物理属性:例如,它折射和散射光的方式。

彭迪:

所以它不是沿着直线运动,而是沿着一个平滑的曲线绕着物体运动,然后,回到它撞上斗篷之前的轨迹。

如果这听起来还像是幻想,彭德里指出,雷达看不见的超材料已经存在。我是美国科学促进会的鲍勃·赫森。manbetx注册与登录


研究的意义

要理解彭德里的观点,你首先要理解我们是如何看待事物的。我们的眼睛实际上不能直接探测到物体;换句话说,当你看到一棵树时,它本身并没有像树皮或树叶那样接触到你的指尖。相反,你可以通过探测树上反射的光间接地看到这棵树,这就是为什么你在黑暗中看不见。

这个过程是这样的:当光线照射到物体上时,一部分被吸收,一部分被反射和散射。当散射的光线到达你的眼睛时,你视网膜上的光感受器探测到这种光线模式,并将其以电信号的形式发送到你的大脑。你的大脑对这些信号的即时解读创造了视觉体验。



那么,是什么让一棵树看起来与人、建筑或西红柿不同呢?它一直到原子的层面。就像网球在砖墙上的反弹方式不同于在草地、岩石或沥青上的反弹方式一样,光在不同物体上的反弹方式也不同,这取决于物体表面原子和分子的确切结构。

经验告诉你,光并不总是会反射回来。透明和半透明的材料,如玻璃或水,允许大部分或全部的光通过它,露出下面的东西。许多气体,比如空气,根本不反射任何光,所以它们是看不见的。

一件隐形斗篷需要的不仅仅是透明。如果它是透明的,你可以看到下面有什么(有什么大不了的;那叫保鲜膜)。要使里面的东西不可见,光波必须绕过斗篷,然后再在斗篷后面汇合,就像水流一样。



如果你从左边看这个物体,看起来这个物体根本就不存在——就好像光直接穿过空气一样。

那你要怎么做呢?制造新材料的传统方法是改变现有材料的化学性质,通过将它们结合、加热或将它们暴露在其他类型的压力下。但是Pendry描述的“超材料”是不同的:他的团队能够重新安排一个物体中的分子的组织。简而言之,这给了他们更多的自由,以激进的方式改变材料的物理属性。

正如报告所说,他们已经可以用雷达波来实现这一点,雷达波是电磁波谱的一部分,就像可见光一样。然而,雷达波的波长比可见光长得多,这使得雷达波更容易操纵,就像踢足球比踢一粒沙子容易一样。为了以同样的方式改变可见光的路径,研究人员将不得不在更小的规模上建造超材料。这种技术目前还没有出现,但可能会在五到十年内出现。这意味着你的孩子们可以自己带隐形衣去学校。

现在试着回答以下问题:

  1. 我们如何看到正常的物体?
  2. 隐形材料如何改变光线的方向使物体不可见?
  3. 隐形斗篷和水、玻璃等透明物体有什么不同?
  4. meta-materials是什么?它们与其他人造材料有何不同?彭德里认为可以如何利用它们?

你可能想看看2006年6月23日,科学更新播客来了解更多关于本期《科学更新》和其他节目的信息。本播客的主题包括:解读马的嘶鸣声,猿类如何提前计划,哈利波特隐形衣的科学,为小事而疯狂,酒精是否能治愈感冒。


为教师

吸血鬼的图书馆该网站为不同年龄层次的学生提供了关于光波特性的练习。

国家地理的光的力量,摄影师乔麦克纳利用视觉图像来探索光的现象。

网上杂志刊登了一篇关于彭德里提议的文章PhysicsWeb


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