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隱形斗篷進(jìn)入真實(shí)的課堂 生活每天都是哈姆雷特

時間:2015-05-07     來源:新材料在線
誰都想要擁有一塊閃閃發(fā)光、可以立刻消失不見的神奇布料。在以前,我們覺得受物理定律的限制,我們無法實(shí)現(xiàn)這一幻想。

     實(shí)際呢?從某種程度上說,現(xiàn)實(shí)生活中的隱形斗篷確實(shí)存在。研究人員開發(fā)出一種系統(tǒng),使得物體周圍的光發(fā)生彎曲,從而實(shí)現(xiàn)屏蔽光的效果。但是,這種系統(tǒng)僅作用于非常小的范圍,由于可正常工作的波長范圍很小,無法引起受眾的普遍關(guān)注。 

     現(xiàn)在,來自德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院的研究人員開發(fā)出一種便攜式的隱形斗篷。該隱形斗篷可以帶進(jìn)教室,用于演示實(shí)驗(yàn)。在沒有專業(yè)設(shè)備的情況下,人類無法使小物體消失不見。如圖所示,該隱形斗篷利用擴(kuò)散光散射介質(zhì),使得光沿隨機(jī)路徑傳播(見放大鏡)。沒有斗篷的顯示正常的陰影(右),有隱形斗篷的顯示如圖所示的陰影(左)。

     要想使物體達(dá)到隱形的效果,科學(xué)家們通過改變光線的傳播方向來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。假如你在公路上行駛汽車,可以通過改變行車速度來解決這一問題。如果你想觀賞穿過山口的風(fēng)景,但是這條路沒有開通,你可以沿著六車道高速公路繞山行駛。延長的距離可以通過提高車速來補(bǔ)償。

     但是,和道路相比,光的改變更具挑戰(zhàn)性。因?yàn)橄鄬φ撋现赋觯绻馑賯鞑?,會引發(fā)質(zhì)量損失,因此無法在真空或空氣狀態(tài)下提高光速。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn),該研究團(tuán)隊(duì)通過研究散射材料來制造隱形斗篷。通過光的散射,光在材料中的有效傳播速度衰減,從而可以加快光的傳播速度來彌補(bǔ)光傳播路徑的增加。

     在這個隱形斗篷中有一個中空的金屬圓筒,圓筒涂以丙烯酸涂料,達(dá)到廣泛地反射光的目的。圓筒中嵌入一塊聚二甲硅氧烷(一種常用的有機(jī)聚合物),并摻雜二氧化鈦納米顆粒,從而達(dá)到散射光線的目的。

     該團(tuán)隊(duì)的負(fù)責(zé)人Robert Schittny 說:“我們的斗篷利用光散射原理,其有效傳播速度較低。通過盡最大努力的提高光速,我們彌補(bǔ)路徑的增加問題。如果光穿過聚二甲硅氧烷塊的平均時間與光穿過隱形斗篷的平均時間在合適的比例內(nèi),該中心將呈現(xiàn)不可見狀態(tài)?!?/P>

     另一方面,固態(tài)的斗篷可以很容易地搬運(yùn)到教室中。Schittny 說:“作為一個宏觀的隱形斗篷,你可以用眼睛看到它,用手摸到它。當(dāng)一束強(qiáng)光照射在一個不太明亮的房間里,很容易證明隱身的存在。這意味著即使沒有花哨的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備,沒有顯微鏡,測量數(shù)據(jù)也無需經(jīng)過后期處理,其隱形效果也明顯可見?!?/P>

     Schittny和他的同事們希望將他們的斗篷用于教室和實(shí)驗(yàn)室中,以激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生對物理學(xué)的興趣。