来自隐身人的挑战
引子：
“闻君有白玉美人，妙手雕成，极尽妍态，不胜心向往之。今夜子正，当踏月来取，君素雅达，必不致令我徒劳往返4月1日，Dr.Who收到了一封署名“隐身人怪蜀黍”的诡秘来信。此人声称于无意间获得隐身斗篷一件，并将在四月的最后一个星期内潜入北京市海淀区美女质量Dr.Who愤怒了：为什么不来我们男生宿舍！
错了，是Dr.Who愤怒了：为什么不来我们学校的女生宿舍！
啊，又错了，应该是Dr.Who愤怒了：
抓住隐身人，揪出“怪蜀黍”！
问：
如何在一栋宿舍楼中找出身着隐身衣的不轨之徒来？(Robot)
“Joey”的热闹答案
知己知彼方能百战不殆，老祖宗的话不能忘(虽然他老人家叫孙子，呵呵)，我们先看看“怪蜀黍”
都有些什么本事吧。如果他不是从外星球拿到的这件隐身衣，那么我们几乎可以肯定地说，他的隐身衣是在模仿空气的光学特性，而不是真的让包裹在其中的物质变成了空气。
能做到这点，基本上有两种方式：1．全方位实况转播的方式，也就是把任何一个角度过来的影像实时地在对称的另一面播放出来；2．“伪透射”，可以想象为，接收到达隐身衣表面的光线，将其“扭曲”
并送到衣服的对称点，因为人能看到物体是依靠肉眼接收物体对光线的反射光，隐身衣不反射光线，因此我们就看不到它包裹着的“怪蜀黍”了。如果“怪蜀黍”用的是1.0版的隐身衣，我们很幸运，先不说他很难处理三维影像以至于总有角度是有阴影和失真的问题，起码他无法透射红外线，我们用简单的红外线防盗装置就可以抓住他了。还是假定他用的是2.0版本吧，不妨再高估他一下，一般的隐身衣只是“透射”可见光，我们知道可见光只是电磁波频谱中非常狭窄的一部分，从理论上讲，隐身衣如果可以扭曲可见光，也可以做到扭曲所有频谱的电磁波，当然这非常非常难，不过我们还是大方一点吧。
现在我们有了一个穿着可以让无线电、毫米波、红外线、可见光、X光等所有的电磁波“穿过”(扭曲地穿过)的“怪蜀黍”。
好了，现在需要确定的是解决办法的优劣之分。
可以相信，解决这个问题的办法肯定不止一个，比如用警犬也未必不可。我假设解决方法的优劣在于三个原则：1．准确率；2．实施难度；3．成本。另外我还排除了一些带有偏见性的方法，比如假设这个隐形人一定是男性，持续蹲点需要吃喝拉撒之类的问题，哈哈，虽然这也可以提供找到他的办法。
那么，现在开始吧。把“怪蜀黍”抓出来。
最容易想到的是，“怪蜀黍”仍然有的正常人的属性，比如体积和重量，那么我们用到处泼油漆(或者狗血等)或用重力探测仪器等应该都是可以找到他的，但这会和原则1准确率以及原则2实施难度有冲突，因为你要么要腾空宿舍楼，要么会经常误报警，所以我们先不这么干，注意，只是暂时。
现在我们要想的办法是找到某个特性，是“怪蜀黍”有但正常的人和物体都没有的。这个很简单，关键就在于“扭曲”，我们只要有办法找到这个扭曲的光线，就可以抓住“怪蜀黍”了。但是光线本身是看不到的，我们需要的方法就是要么“看”到光线要么“找”到扭曲。这里我们提供两种方式。
1．去过那种放很多烟雾的迪厅吗？里面有镭射光的那种，因为烟雾颗粒对光线的反射，我们能看到一条条镭射光，所以可以用放烟的方法，找到这个假装成“小黑洞”的怪蜀黍了。
2．这个方法其实我更喜欢，有点像007的意思，不过成本会高一点，累计需要1-n个激光测距器，1桶狗血，1套简单自控系统。激光测距器大家知道，就是一边发射激光对面放个做镜D子用的三棱镜，通过测算来回反射的时长而测量距离。我们把这个测距器安装在某个通道，测得的是通道的某个固定距离。
正常人走过时，测距器将无法测到距离或者让可测距离短了很多，而“怪蜀黍”不一样，因为他本事大，他只会让距离增加，增加值为他路过时的半个周长减去宽度的微小变化(因为他“扭曲”了光线。当然，保险起见我们要选用可见光的激光测距器)。这样我们只需要控制系统在距离变化处于某个范围时，狗血才倾盆而下就可以了，那时候大家只需要敲锣打鼓出来抓住这个“小红人”就可以了。
隐身衣的故事From"Fujia"、"水龙吟"遍寻古今中外，隐身的故事伴随着创造者的奇思妙想而层出不穷，各种千奇百怪的隐身方法亦是异彩纷呈。古希腊就流传着珀尔修斯(Perseus)隐身手刃女妖美杜莎(Medusa)的神话（图4-1）。中国古代亦有孙悟空使用隐身法偷喝蟠桃宴的仙酒，太乙真人为哪吒手绘隐身符瞒过东海龙王等神话故事。
1．隐身的幻想
现代游戏里也会借用各种各样的“隐身”概念，在游戏中添加也许你曾经梦想穿越国王十字架火车站的九又四分之三站“隐形药水”、“隐身草”等隐身手段和道具。
台，进入蜂蜜色的城堡霍格沃茨学院，披上属于自己的隐身斗梦想家们可以忽略幻想与现实间的巨大落差，让想象力展篷，与伏地魔殊死搏斗；也许你还曾幻想来自未来世界的小叮翅翱翔。好在有科学家们一直埋头苦干，试图填补这一沟壑，当会突然从书桌抽屉跳出，从他无所不能的口袋里掏出一件隐在现实世界里为人们的美梦找到坚实的基础。一直以来，世界身衣，让你自由穿梭于梦想世界……各地的探索者们孜孜不倦地研究各种可能的隐身方法。其中虽然不乏像神符或咒语这等只可一笑置之的隐身术，但在许多看似异想天开的隐身故事里，似乎隐藏着缜密的科学原理。
威尔斯笔下的隐身药水，一直为科幻迷们所津津乐道。这种奇药可使身体组织丧失颜色，变得透明，进而消失不见。虽然这个科学过程被小说家忽略了，但我们可以略微猜想，这其中一定发生了许多生化反应，才使人体内的蛋白质等大分子变得不再可见。
而这一点在现代科学中仍然极难实现。蛋白质大分子对生物体的生存至为重要，而其颜色与可以吸收和散射光线的特性，与其本身的生化性质息息相关。如果人类尝试着改变自身分子的光学性能，无异于自掘坟墓。
图4-1 珀尔修斯手刃美杜莎雕像(Fujia摄于梵蒂冈)
影片《魔戒》中，精灵女王送给哈比人的斗篷可以让他们和周围环境融为一体，实现“拟态隐身”。这种“经济有效”的方法在自然界里以保护色、拟态等形式广泛存在。田野中的变色龙，深海里的八爪鱼、比目鱼，都是个中高手，它们的身体可以跟随环境的变化而改变颜色甚至形态，使外界难以辨认（图4-2，图4-3）。
如此神奇的现象自然不会被敏锐的人类错过。从江湖中的夜行侠到苦修的忍者，都有着传说中的隐身功夫（图4-4）。在科学界，各式变色纤维等材料的研究层出不穷，艺术家们也来凑热闹，利用这种“隐身”的原理来设计作品。
然而，这种隐身方法有着与生俱来的弱点：隐身人不可有任何动作，不能与外界有任何触碰。即便“隐身人”天生擅长玩“你我都是木头人”的游戏，也只能骗过眼神不好的观众。如果只是沿着这个方向走下去，我们隐身的梦想还相当的遥远。
2．隐身的原理隐身衣何以隐身？
追本溯源，或许应该问，我们为何能看见物体？
图4-2八爪鱼照片(八爪鱼改变自身形态模仿其他生物。左侧为八爪鱼的模仿，右侧为真实生物)
南京大学物理系祝世宁院士从事隐身衣研究多年，他曾在回答记者时解释说：“人之所以能看到物体，是因为光射到物体上后会被阻挡并反射到人的眼睛里。”人们可以通过反射或散射的光“看到”物体。那么隐身衣如何隐身，便是一个光学问题。
我们希望隐身衣能达到的效果是，当光经过需要隐身的物体时，就像该物体完全不存在一样……那么，物体对光的作用必须消失，减少反射，还原光线的传播方式，将物体背后的信息传递给观众。简单地说，就是光线碰到物体能拐个弯，然后回到原来的传播方向，那么在物体前方的人看到的就是物体背后的景象。
图4-3 八爪鱼照片(Fujia摄于伦敦动物园)
图4-4 日本忍者可以借助外界、衣物、屏息等方式“隐形”，大家熟悉的动画片《忍者神龟》就借用了“忍者”的思想
自公元60年希腊数学家希罗(HeroofAlexandria)起，人类就不停地探索光的传播原理。1662年，法国数学家费马(PierredeFermat)所提出的费马大定理，告诉我们光线以最短距离——直线在空间内传播，这个妇孺皆知、广泛进入中小学物理课本的定理，似乎为让光线绕着物体“拐弯”的隐身衣判定了死刑。虽然折射定律也告诉我们在介质中光线会弯曲，然而天然材料根本无法实现“隐身衣”对光线的弯曲要求。
两百多年后的1916年，爱因斯坦提出的广义相对论又为隐身衣的理论带来了另外一丝曙光。爱因斯坦认为，如果空间可以被扭曲，则空间内两点间最短距离则不一定为直线，于是光线可以沿着这一扭曲的路径，绕过巨大的天体弯曲前进。《神奇四侠》里苏姗隐身的方法便如此类似。吴伯泽的一篇科幻小说《隐身衣》更加清晰地说明了利用广义相对论实现隐身衣的构想：故事里主角发明了一种隐身衣，一通电就可以产生巨大的力场，实现广义相对论要求的情况，让光线绕行。
然而这种隐身理论有很大的局限性，广义相对论中需要质量很大的物体，比如黑洞、太阳等庞大天体才能在较大程度上使光线弯曲，而且空间的扭曲不能人为控制。纵使科学巨人如要隐身的物体时，就像该物体完全不存在一样……那么，物体对光的作用必须消失，减少反射，还原光线的传播方式，将物体背后的信息传递给观众。简单地说，就是光线碰到物体能拐个弯，然后回到原来的传播方向，那么在物体前方的人看到的就是物体背后的景象。
自公元60年希腊数学家希罗(HeroofAlexandria)起，人类就不停地探索光的传播原理。1662年，法国数学家费马(PierredeFermat)所提出的费马大定理，告诉我们光线以最短距离——直线在空间内传播，这个妇孺皆知、广泛进入中小学物理课本的定理，似乎为让光线绕着物体“拐弯”的隐身衣判定了死刑。虽然折射定律也告诉我们在介质中光线会弯曲，然而天然材料根本无法实现“隐身衣”对光线的弯曲要求。
两百多年后的1916年，爱因斯坦提出的广义相对论又为隐身衣的理论带来了另外一丝曙光。爱因斯坦认为，如果空间可以被扭曲，则空间内两点间最短距离则不一定为直线，于是光线可以沿着这一扭曲的路径，绕过巨大的天体弯曲前进。《神奇四侠》里苏姗隐身的方法便如此类似。吴伯泽的一篇科幻小说《隐身衣》更加清晰地说明了利用广义相对论实现隐身衣的构想：故事里主角发明了一种隐身衣，一通电就可以产生巨大的力场，实现广义相对论要求的情况，让光线绕行。
然而这种隐身理论有很大的局限性，广义相对论中需要质量很大的物体，比如黑洞、太阳等庞大天体才能在较大程度上使光线弯曲，而且空间的扭曲不能人为控制。纵使科学巨人如爱因斯坦，也无法设计出能用以控制光线弯曲的奇妙开关。难以想象这种“力场”隐身衣会造成什么后果。
那么制造大型隐身衣，甚至隐身“黑洞”呢？
在影片《星际迷航》里，罗慕伦人可以创造一个神秘的空间，将庞大的星际战舰隐于其中。虽然人类没有像外星人的长耳朵与吊梢眉，但我们的科学家毫不逊色。杜克大学电子与计算机工程系的史密斯教授(DavidR.Smith)在其科研小组网页上展示了一幅动态动画。
且让我们想象有一个奇异的空间，动画显示所有的光线按照动画中的格子线行进。如果我们可以压缩或扩展这个空间，一个崭新的“黑洞”便可以被打开，引领我们到从未存在过的世界。而所有的光线只能绕开“黑洞”向前行进。这将是名副其实的隐身技术！
但千万别忘了，为了能隐身，罗慕伦人可是付出了不能使用武器的代价的。创造这样一个“黑洞”需要的能量大得难以想象。遗憾的是，我们既没有无穷的能量，也不可能随身携带“黑洞”出门逛街。这种思路的隐身“衣”只停留在科幻小说、电影与人类的梦想中。
史密斯教授拥有其他的办法。人类也许无法扭曲空间，电磁场却是可以被扭曲的。如同将筷子插进水中便可见其扭曲，隐身只是类似海市蜃楼般的光学幻觉。如同树叶落入水流旋涡便不可见，隐身衣便是制造了个光线旋流，隐藏了其中的物体。
随着材料科学发展的日新月异，近10年来迅猛发展的超材料(metamaterial)研究帮助科学家梦想成真，这些自然界闻所未闻的人工材料，终于为隐身衣轰轰烈烈地上台揭开了帷幕。
3．隐身衣的进展
隐身衣爱好者也许会收藏2006年6月23日出版的《科学》(Science)杂志。来自苏格兰圣安德鲁斯大学(University of St.Andrews)的理论物理学家里乌尔夫.伦纳德(Ulf Leonhardt)与伦敦帝国学院(Imperial College London)的潘德利(J.B.Pendry)教授，分别在《科学》这一期顶尖学术刊物上发表论文，阐述他们对隐身衣理论基础的计算原理。
英国的这两位科学家，各自假设了电磁波如流水般在隐身材料表面流过，完全不受到隐于其中的物体的干扰，由此推导出隐身衣材料所需具备的光学参数。隐身衣的雏形已悄然出现。
四个月后的《科学》杂志，美国杜克大学的史密斯教授小组再次发表论文，向世人宣告微波隐身材料的诞生。他们运用潘德利教授的理论，巧妙设计了符合计算结果的隐身材料。在他们的实验中，他们采用金属铜与玻璃纤维，创造了一卷甜甜圈似的圆环材料。探测器所得到的信号表示，微波经过圆环，恍若无物地会聚到圆环的另一侧，如若清泉石上流，汇聚于石岩另一侧一般，不留痕迹（图4-5）。
然而，这样的设计只能针对某个波段的电磁波，效果也离罗慕伦人的隐身罩差了许多。2009年1月的《科学》杂志，史密斯教授小组的刘若鹏再次发表文章，将隐身衣所适用的波段大幅度扩大，但依然局限于对微波段光路的改变。一切才刚刚萌芽。
基于乌尔夫.伦纳德教授的“共形映射”(conformalmapping)理论基础，近年来隐身衣的研究依然如火如荼。2009年4月的《自然材料》(Nature Material)上，加利福尼亚大学伯克利分校(University of California，Berkeley)的张翔教授以及其团队发表了他们的最新发明，首次实现了隐身材料在接近可见光的近红外波段工作。
张翔教授小组制作了一个反射型“隐身衣”。他们在硅材料上钻了很多纳米级长度的小孔，所制得的“隐身衣”覆盖于物体上，可使其背后物体不对光波形成任何散射(如图4-5)。时隔半月，美国康奈尔大学(Cornell University)的迈克尔.利普森(Michal Lipson)教授小组也发表了自己的论文，宣布他们采用同样的办法所制造的隐身材料的波段更加接近于可见光。
图4-5
如图4-6所示，a为没有任何障碍物时的反射图；b为放了障碍物，反射的图因此有些扭曲；c图为加上“隐身衣”，此时的反射图重现了a的情形。
隐身衣已经从幻想中的霍格沃茨学院中走进我们的现实世界。科学家们为隐身衣的发展而激烈竞争，使得其发展速度令人咋舌。从超材料兴起到隐身材料变为现实，不过短短10年时间。虽然已问世的隐身衣尚不能覆盖住一根手指，也依然无法实现对可见光的隐身。但其在防辐射、屏蔽手机辐射等方面，会有许多应用意义。
4．隐身衣的变种
就在欧美的科学家们还在为理论计算与材料制造大伤脑筋时，日本科学家田智前(SusumiTachi)教授研究小组另辟蹊径，利用视觉伪装(opticalcamouflage)技术，制造了另一种奇妙的“隐身衣”。
这种乍看非常神奇的隐身衣，似乎已经把哈利.波特的故事带到了现实。但如果你足够细心，便可发现其中破绽。事实上，这种隐身材料并不能遮挡光线，它仅仅是在衣服上涂抹了反射性材料，利用摄像机将人体身后的景象拍摄下来，连线电脑再投影到衣服上而已。看似以假乱真，实际谬以千里。
图4-6
这样一个极具恶搞精神的发明其实也不简单。在衣服上涂抹的回射材料(retro-reflectivematerial)上，布满了许多细小的玻璃晶须，当光线照射进回射材料上时，无数的细小晶须如同棱镜一般，将入射光以入射的方向重新折射回空气中。人肉眼所见的，则是反射回的明亮光线，几近透明。这种回射材料并不神秘,它早已广泛应用于交通标志、道路标识和许多夜光设施中。
当摄像机将摄制好的图像投影到回射材料上时，覆盖了回射材料的衣服便相当于投影布，将材料之后的影像完全展示出来。但这样的影像毕竟不同于周围环境的自然光。
于是，科学家们又设计了一个特殊的镜子，使得投影的影像与环境影像紧密结合，对此观察者肉眼并不容易分辨。
这个在技术上不算复杂的发明虽离我们定义的“隐身衣”相距甚远，但它依然有其现实意义。比如有助于飞行员降落飞机时看清驾驶舱地板，使医生进行外科手术时看清人体组织下的医疗仪器等。
5．隐身衣的未来
如果完美的隐身衣终于有一天变成了现实，如果隐身衣已经成为超市中随意选择的商品，这样的世界将会如何？
我们都期盼着隐身，如同在MSN或QQ上换了个状态，就能不受任何打扰。我们希望有个清净的世界，如同杨绛说的“只求摆脱羁束，到处游历”，但世界并没有那么完美。
隐身衣也许很快就会成为人类为非作歹的工具，成为未来战争的关键；隐身衣的使用也许会导致盗匪横生、内乱频繁，使得人心惶惶，人们之间也许不再有隐私，不再有信任，连最基本的安全感都无法保证。毕竟隐身衣无论在科幻小说还是现实中，无不用于人类互相倾轧，这样一个发明是否有反人类的嫌疑？“麻瓜”科学家们的心血结晶，是否是潜在的“伏地魔”？
也许，隐身衣发明的利弊，本就是存乎一心。如同炸药、枪支等发明，其本身并没有是非，对错只在于使用它的人。如果人类的自控能力可以化解这些问题，隐身衣便可以成为一项流芳万世的福祉。
也许我们完全不必如此杞人忧天，当隐身衣技术飞速发展时，反隐身技术也会随之迅猛前进，我们会用到我们的Dr.You们的方法。也许不需要那么复杂，在地上洒一把面粉，就可以使隐身人现迹；也许，完美如科幻小说的隐身衣依然十分遥远。
且让我们心存希望，期盼隐身衣研究有更多进展，也期盼所有的忧虑并不成真。
尾声：
富有正义感的Dr.Who长出一口气。至少今晚，女生宿舍是安全的。
