2015年2月3日

哈利波特的隱形斗篷

作者/劉宗平(中央大學光電所博士。1976年,進入中山科學研究院工作。1993年,進入元智大學服務,從事光電領域研究。)

2006年5月, 英國倫敦帝國學院物理系彭德里教授(J. B. Pendry) 等人在Science期刊上發表題目為〈Controlling Electromagnetic Fields〉的研究成果。自此之後,開啟了變換光學(transformation optics) 的新領域。他們聲稱, 如能將媒質(medium) 的電容率( 介電函
數)或磁導率設計成空間座標的函數,則可控制電磁波在該媒質內的行進路徑。利用此概念,製作成柱殼狀或球殼狀材料。當電磁波行經這種具有人造結構的超材料(metamaterials) 時, 會繞著內部殼狀區的外圍行進,如圖一所示。由於電磁波不能進入殼狀區的內部,所以電磁波無法檢測到放在殼狀區域內的物體。這樣的柱形或球形之殼狀區,即可扮演著哈利波特的神奇隱形斗篷(invisibility cloak)。

英國奇幻小說家羅琳(J. K. Rowling)筆下的哈利波特,獲得一件父親留下的隱形斗篷。只要披上它,便會在瞬間憑空消失,讓人找不到。這件令人稱羨的神奇斗篷,現已由美國羅徹斯特大學郝威爾(J. C. Howell)教授的實驗室製造出來。2014年9月24日,NBC News報導〈科學家告訴你,如何做一件隱形斗篷〉。9月26日,洛杉磯時報〈紐約的科學家揭示了一種四透鏡隱形斗篷,其可媲美哈利波特的隱形斗篷〉。9月28日, 蘋果日報的國際新聞〈三維型隱形斗篷不是夢,只要3000元就能做得到〉。9月29日,中時電子報的科技新聞〈哈利波特的隱形斗篷,科學家實現了〉。如今,全世界的新聞媒體,不斷地在報導這則令人興奮的科技新聞。

然而,「羅徹斯特斗篷」並非採用彭德里教授主張的超材料所製成,而是由四個透鏡組成的完美近軸式斗篷(perfect paraxial cloak)。郝威爾教授的博士生崔(Joseph S. Choi)解釋:「這是一項光學技術,靈感來自變換光學,建構這種空間型斗篷的方法很簡單。」只需採用四個透鏡和實驗室內的東西,就能造出完美的近軸式斗篷。把想要隱藏的東西,放進四透鏡系統中的斗篷區內,東西便會消失無蹤。四個透鏡都是市售的現品,其總價不超過美金30元。崔說:「這是第一次實現的三維型隱形斗篷,它可連續地、大視角地、各向同性地遮掩住一般的大型物體。在觀察隱藏物體的同時,背景是可移動的、實景呈現的,而且不會扭曲或改變。」......【更多內容請閱讀科學月刊第542期-購買

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