在魔法世界里帮助哈利波特屡建奇功的“隐身衣”,在现实世界里也有了实现的可能。
近日,哔哩哔哩在北京举办的“bilibili超级科学晚”上,中国科学院院士褚君浩介绍了“多种光学隐身方法的效果测试”,并现场展示了利用特殊材料实现的“隐身术”。褚君浩表示:“我可以负责任地告诉大家,这不是魔术,而是科学手段。未来哈利波特的隐形斗篷或将成衣柜里的日常用品。”
褚君浩院士表演隐身术(图源:哔哩哔哩)
对此,澎湃新闻(www.thepaper.cn)记者对中国红外物理学家、半导体物理和器件专家、中国科学院院士、中国科学院上海技术物理研究所研究员褚君浩进行专访。褚君浩透露,“隐身术”的本质就是对光的操控,不论是他在晚会上展示的神奇材料“柱镜光栅”,还是目前早已投入应用的红外隐身技术、雷达波隐身技术等,都离不开对光的操控。
“将这种看似魔法的科学技术搬上舞台,FC碰碰胡老虎机法典-提高赢钱机率的下注技巧的还是希望激发青少年儿童对于科学的兴趣以及热爱,从而达到科普的目的,并且把追求科学、崇尚科学的种子种进孩子们的心里。”在科研之外,褚君浩本人也是一位“科普达人”。在他看来,兴趣是最好的老师,做好科研工作更是离不开兴趣与热爱。
以下为专访内容:
澎湃新闻:您可以简单介绍一下在“bilibili超级科学晚”上展示的三种隐身技术的原理是什么吗?
褚君浩:那天给大家展示的“隐身术”借助了一种让光线有规律折射的材料“柱镜光栅”。它由一排排微小圆柱状凸透镜排列组成,每一根柱状凸透镜都会把背后的物体压缩成一个细条,透镜数量足够多时,就会把物体分解成无数个相同的细条,让人仿佛看不见了,从而在视觉上达到“隐身”效果。但是这种方式需要注意你和材料之间的距离,如果你完全贴紧材料,就无法实现隐身。此外,还可以利用折射率“隐身”,例如,高硼硅玻璃和甘油的折射率相近,当使用高硼硅玻璃材质的物体在甘油里运动时也可以“隐身”。这其实就是实现“隐身衣”的原理之一,当你穿上一件衣服,它的面料和空气折射率一致时,就能在日常生活中自如“隐身”了。
褚君浩给小学生做科普报告介绍红外探测器 受访者 供图
总的来说,“隐身”从更广泛的角度来说就是通过材料科学技术、通过微纳技术来实现对光的操控,也就是光的操控的科学。
这样实现对光的操控的案例在日常生活中有很多,比如眼镜(近视镜、老花镜)、变色太阳镜(镜片里面掺杂某种杂质,能够吸收紫外线)、智能玻璃窗(夏天能够把室内的冷气阻断,冬天阻挡室内的暖气排到室外)、定制杯子(在杯子上涂一层热敏材料,水倒进去就会呈现生日快乐)等等,都是目前社会中应用较为广泛的光学技术。
澎湃新闻:现在这些隐身新材料能不能实现制作一件“隐身衣”,很多年轻人觉得社恐想要拥有“隐身衣”,为什么现在市面上似乎还没有见过?
褚君浩:可以,但目前来说没那个必要。很多科学技术转化本身基于需求,如果社会上有需求,大家就会去做。比如说隐形耳麦、隐形眼镜等。现在需求比较多的是红外隐身、雷达波隐身。有需求,才会研究这个技术,技术才会不断发展。
对于年轻人的“社恐”,我觉得可以研发一种帽子,这个帽子里面就藏着这种隐身新材料,等你不想被人看到的时候,你就一点这个帽子让新材料降下来,别人看你就是模糊的马赛克,想被人看到的时候就升上去,也算是“社恐面具”了。
因此,关于“隐身”是否能够走向普遍的应用,就看社会上是否有这样的需求。比如我们所说的“隐身衣”,理论上是可以做出来的,但是市场比较有限,目前这个“柱镜光栅”材料主要应用在光学实验室中。
澎湃新闻:很多网友脑洞大开,展开关于材料应用的讨论,比如说可以拿它用来美化市容市貌,把一些配电箱、垃圾房用这种材料隐身,可以实现吗?
褚君浩:可以实现的,但是也有缺点,因为本来这些设备大家可以看见的,现在看不见了,可能会撞上去,存在一些安全隐患。所以,一项科学技术从研发到真正普及,要综合考虑多种因素,除了需求问题,还有成本问题、安全性问题、法律问题、伦理问题等等。比如有的人在车牌号上面使用隐身材料,车牌号看不见了就可能会违反交通法律。
澎湃新闻:从“隐身”这个话题来讲,科学界是从什么时候开始研究的,又分了哪几个阶段?
褚君浩:科学的研究是从很早就开始了。第一阶段就是从第二次世界大战开始伪装,类似于迷彩服等主要从军事科学逐步发展过来。
第二个阶段就是精准隐身,分波段隐身,因为做到全波段隐身比较难,知道你用什么波段检测,就在什么波段实现隐身。如果要红外线发现不了飞机,就可以在飞机上涂一种材料,这种材料的比辐射率特别低,尽管温度很高,但辐射的能量会很低,红外摄像头就捕捉不到。第二类就是比辐射率与背景接近,也可以实现隐身。比如说,我身上佩戴一把枪,就要让枪的比辐射率与环境接近,就可以使它融入环境中,达到隐身的效果。
20世纪80年代,褚君浩在实验室工作 受访者 供图
最近这些年,就从雷达波、红外隐身发展出来超材料研发,运用微纳结构进行水平更高的隐身,可以扩展到可见光的波段。
这三个阶段,也是隐身的三种形式,其实是都需要的,隐身是要通过多渠道、多途径来综合实现的。
澎湃新闻:你觉得做科普和讲课有什么差别?
褚君浩:从科普的角度来说,主要还是启发大家对科学的兴趣。让大家知道光是很奇妙的,对光的奥秘有一定的理解,对科学产生兴趣,提高想象力和创新精神。
我认为,教育有三大要素,第一个要素就是基本道德教育,第二个是知识教育,物理化学等基本需要掌握的知识;第三个是学习创新性的思维能力,能够用科学的方法、科学的精神去发现世界、理解世界。科普也是更加注重后两个要素。
褚君浩展示“隐身”新材料 澎湃新闻记者 朱奕奕 摄
科普要关注逻辑关系、知识点的概念问题、来源、知识点跟技术、产业、社会发展的关系,对不同的人群侧重点也不同。对学生的话,主要侧重科学方法、科学精神、科学的思维方法与创新思维能力的培养。对于干部、公务员来说,要侧重科学发展趋势,讲智能时代、第三次工业革命、第四次工业革命,要用科学助力决策。对企业家来说,要侧重科学发展的前沿,指导投资与企业发展,给他们一些参考。
我还给不识字的幼儿园小朋友做过科普,对幼儿园小朋友来说,不能讲得太深,我问了一系列问题把他们引导到一个红外世界中。比如我问的第一个问题是,太阳光有几种颜色,然后再问我们为什么能看得见,进而引导到在可见光外面有一种光叫红外线,如何看到红外线,需要红外眼镜,进而引导大家思考红外眼镜的用途,如测温、拍照、运用风云卫星进行气象报告,放到月亮上看光谱分析成分等等。这一系列问题,对小朋友们就起到很好的作用。
所以,科普一定要根据他们日常理解的事情进行解释和展开。科普既是一门艺术,也是一门学问。
澎湃新闻:对青年科研人员的赛道选择,你有什么建议?
褚君浩:选赛道最重要的是看你的兴趣,要尽可能地跟你的兴趣、能力相匹配。如果你选到与自己不那么匹配的赛道时,就要培养兴趣。如果你深入了之后还没有兴趣,就说明你不是很适合这个赛道。
对于科研而言,兴趣是非常重要的。因为有兴趣,就会勤奋,就会很愿意钻研琢磨。同时,也要勤勤恳恳,一步一个脚印地做研究,也要有志向,把国家的、单位的、个人的志向融合起来。做科学研究是最容易把国家、单位、个人的需求结合在一起的。
研发是艰辛的,科研人员也很辛苦。现在科研人员太忙了,汇报、报告、开会、做PPT,所以还是希望有一些体制上面的改进,让科研人员的主要时间用在科研上。现在国家也重视科研人员的待遇,整个科研都很卷,水平都比较高了。
(原标题:专访褚君浩院士:隐身衣离我们有多远?那些“脑洞大开”会成为现实吗?)
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