愛因斯坦(1921年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者)：“好奇心是每個健康孩子天生就有的，然而它常常過早地消失。”
丁肇中(1976年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者)：“科學(xué)很大一個作用是滿足人的好奇心，這是人和動物的最大區(qū)別。”
曾有人問我：“今天的科學(xué)為什么能夠達(dá)到這么高的層次？”
我立即回答：“那是因為人類擁有一顆無與倫比的好奇心。”
試想，如果法拉第(1791-1867)對電與磁之間的轉(zhuǎn)變并不好奇，那么他也就不可能揭示電磁感應(yīng)定律（這是一個描述磁如何產(chǎn)生電的物理定律）。我這里為什么說法拉第是源于“好奇”的呢？一個很重要的原因就是，他發(fā)現(xiàn)了這個定律后，他并不知道這個定律有什么用——這個事實，歷史有記載。由此可見，他當(dāng)初的實驗探索完全出于個人的好奇，并非出于功利之心。但是，就是這么一個“好奇”的副產(chǎn)品，其后導(dǎo)致了我們?nèi)祟惿畎l(fā)生了翻天覆地的變化：我們今天的生活已經(jīng)離不開電了，我們?nèi)粘Ｉ钪杏玫降碾妿缀跞縼碜园l(fā)電機，而發(fā)電機的關(guān)鍵工作原理就是——法拉第揭示的電磁感應(yīng)定律。所以，可以這么說，科學(xué)發(fā)展是由好奇心驅(qū)動的——也應(yīng)該由好奇心驅(qū)動，而非功利心。
既然好奇心這么重要，那接下來我就問一個古今中外、人皆“好奇”的問題：
如何實現(xiàn)隱身？
圖1：會72變的孫悟空
圖2：隱形人
圖3：隱形女人
針對這個問題的答案，我相信所有人都感興趣。前人對這個問題的回答在神話故事或科幻小說中可以找到很多。例如：四大名著之一《西游記》中的孫悟空（圖1）有72種變化，這是作者吳承恩(1506-1582)對如何實現(xiàn)隱身的一個構(gòu)想；威爾斯(1866-1946)1897年發(fā)表科幻小說《隱形人》（圖2），其中主人公發(fā)明了一種方法，使得自己的折射率均勻分布，從而光沒有散射和吸收，這樣別人也就看不到他了——實現(xiàn)了隱身。此外，1940年的電影《隱形女人》（圖3）中，該隱形人可以產(chǎn)生一個可以扭曲空間的場，她的場可導(dǎo)致光繞著她傳播，從而實現(xiàn)隱身；還有，大家熟知的魔幻小說或電影《哈利·波特》(圖4)中，主人公有一件隱身衣，穿上它可以躲避伏地魔的追殺——實現(xiàn)隱身了。
圖4：哈利•波特
上面介紹的隱身方法來自神話故事或科幻小說，讀者看了未免覺得虛妄、不現(xiàn)實，然而，科幻作家克拉克(1917-2008)早就說過：“任何先進(jìn)技術(shù)都與魔法相似。”當(dāng)然，隱身技術(shù)也不例外。上面介紹的各種技術(shù)，盡管像魔法那樣的不現(xiàn)實，但它們可以刺激人們對隱身技術(shù)的尋找、思考和應(yīng)用。
例如：自然界中有一種爬行動物叫變色龍（圖5），它的體表顏色能隨環(huán)境色彩而變化，這其實就是一種很現(xiàn)實的隱身技術(shù)，這種技術(shù)使得變色龍可以免收天敵侵害�；谶@個原理，人們發(fā)明了迷彩服，例如荒漠迷彩服（圖6）或林地迷彩服（圖7），士兵穿上這些衣服在荒漠或森林中行軍時，由于衣服與環(huán)境色彩相近，也就不易被敵方發(fā)現(xiàn)，從而達(dá)到保護(hù)自己的目的。
圖5：變色龍
圖6：解放軍07式荒漠迷彩服
圖7：解放軍07式林地迷彩服
當(dāng)然，人類在隱身技術(shù)方面的探索并不止步于向變色龍的簡單學(xué)習(xí)和復(fù)制。事實上，人們基于回射投影也實現(xiàn)了一種隱身技術(shù)（圖8-9），這種技術(shù)的原理比較簡單（圖8），就是在人背后安裝一臺攝像機，把他背后的環(huán)境圖像拍攝下來，通過電腦處理后，投影到此人的前面，這樣，在此人面前的人將看不到此人——因為看到的僅僅是此人背后的環(huán)境圖像（圖9）。
圖8：回射投影技術(shù)
圖9：基于回射投影技術(shù)實現(xiàn)的隱身效果
可以看出，這種基于回射投影實現(xiàn)的隱身技術(shù)，固然能夠?qū)崿F(xiàn)隱身，但是，在實際使用時仍舊會面臨種種限制，例如旁觀者如果換個角度觀察，此人也就不能再隱身了。再且，這種隱身技術(shù)在軍事上，用途不大，這是因為探測軍事目標(biāo)時，通常需要使用雷達(dá)進(jìn)行探測，雷達(dá)探測目標(biāo)的原理很簡單：即由雷達(dá)發(fā)射電磁波，這個波碰到對方目標(biāo)（例如艦艇、飛機）后，會沿原路返回，該返回的電磁波經(jīng)過進(jìn)一步分析，人們也就可以獲得目標(biāo)物體的位置、速度等信息了。鑒此，針對雷達(dá)探測，科學(xué)家也已經(jīng)實現(xiàn)了一些隱身技術(shù)，例如：多棱折面的反射技術(shù)、等離子體隱身技術(shù)。
什么是“多棱折面的反射技術(shù)”？它的工作原理就是幾何光學(xué)中的反射定律：一束光線入射到一個表面上，該光線會被反射，且反射角等于入射角。鑒此，人們把待隱身物體的表面設(shè)計成折面結(jié)構(gòu)，從而使得入射電磁波不能沿原路返回，這樣雷達(dá)也就接受不到反射回來的電磁波，自然無從獲得目標(biāo)物體的位置、速度等信息；圖10是展示該原理的一個示意圖。第一代隱形飛機，如F117夜鷹戰(zhàn)機（圖11）就是利用的這種隱身技術(shù)。
圖10：（左圖：普通表面）雷達(dá)發(fā)射的電磁波經(jīng)過艦艇表面反射后，其反射波可以在各個方向出現(xiàn)，故而，雷達(dá)可以收集到反射波的信息；可見，該結(jié)構(gòu)使得該艦艇暴露于雷達(dá)的監(jiān)測之中，故而不能實現(xiàn)隱身。（右圖：多棱折面）雷達(dá)發(fā)射的電磁波經(jīng)過艦艇表面反射后，其反射波不能沿入射路線返回，故而，雷達(dá)收集不到反射波的信息；該結(jié)構(gòu)使得雷達(dá)探測不到該艦艇，從而使得艦艇實現(xiàn)隱身。
圖11：F117夜鷹戰(zhàn)機
圖12：B2“幽靈”隱形轟炸機
那么，什么是“等離子體隱身技術(shù)”呢？這個技術(shù)以B2“幽靈”隱形轟炸機（圖12）為例介紹即可。B2“幽靈”隱形轟炸機屬于第二代隱形飛機，它的表面涂了一種能夠產(chǎn)生等離子體的涂料，在飛行中，該涂料把周圍的空氣電離，形成一層帶電薄膜(等離子體)蒙在飛機的周圍，這就使得雷達(dá)射來的電磁波被吸收或被散射，從而雷達(dá)接收不到反射回來的電磁波，因此，該飛機也就實現(xiàn)了隱身。
圖13：（左圖）光（紅線）在均勻材料中直線傳播；（右圖）左圖中的材料被扭曲后光在其中的傳播路徑
圖14：殼與核之間是隱身衣，光線（黑的實線）從隱身衣中傳播出去，并且不改變原來的傳播方向，這就使得核內(nèi)物體不被光“感知”——核內(nèi)物體實現(xiàn)隱身效果了。
但是，到這里，科學(xué)家們研究隱身技術(shù)的夢想還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有完結(jié)。2006年，科學(xué)家提出了一個全新的隱身原理，它是基于麥克斯韋方程組的形式不變性而得到的。麥克斯韋方程組是一組描述電磁波運動規(guī)律的方程。那么，什么是“麥克斯韋方程組的形式不變性”呢？為了理解之，我們考慮一個情景（圖13）：一束光（光是電磁波的一種）在均勻玻璃（或其它任何均勻材料）中穿行，按照我們的日常經(jīng)驗，想象得出來，玻璃內(nèi)的光會沿直線傳播（圖13左圖），這時，我們假設(shè)光和玻璃都突然被“凍結(jié)”在一起，然后，我們扭曲一下玻璃（假設(shè)玻璃允許我們?nèi)我馀でD壓），可以想象，這時光在玻璃里面也得相應(yīng)地被扭曲、不再沿直線傳播了（圖13右圖）；此時光的非直線傳播現(xiàn)象并不影響我們繼續(xù)使用麥克斯韋方程組，只是此時玻璃不再均勻，其材料性質(zhì)（例如用于描述電磁波傳播的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率等物理參數(shù)）發(fā)生了變化而已。換言之，如果下次我們直接讓同樣的一束光從同樣的入射角照射這個扭曲之后的玻璃，這束光的路徑必然與先前扭曲后的路徑一致，呈現(xiàn)非直線傳播。這個現(xiàn)象所蘊含的科學(xué)原理就是“麥克斯韋方程組的形式不變性”，即：麥克斯韋方程組既適用于扭曲之前的正�？臻g（圖13左圖），也適用于扭曲之后的扭曲空間（圖13右圖）�？梢�，基于這個原理，人們可以設(shè)計材料，使得光（或電磁波）能夠繞過某個特定的區(qū)域后，繼續(xù)傳播、并不改變原先的傳播方向，從而使得該特定區(qū)域內(nèi)的物體不被入射光探測到——也就是說，這個物體實現(xiàn)隱身了（圖14）。具體說來，基于這個原理，人們可以設(shè)計一件類似哈利·波特的那件隱身衣，孫悟空穿上它也不必再自己變化了，這時光線會沿著衣服繞過孫悟空繼續(xù)前進(jìn)，如此，孫悟空也就不會被別人（如二郎神）發(fā)現(xiàn)了。該隱身衣，在理論上，已經(jīng)得到嚴(yán)密論證，符合科學(xué)原理，迄今，在實驗上也已經(jīng)取得重要的階段成果——例如，對單個電磁波頻率，能夠獲得很好的隱身效果。當(dāng)然，要在實驗上實現(xiàn)真正意義上的、可以應(yīng)用的隱身衣，科學(xué)家還有很長的路要走。例如：鑒于實際的可見光（或電磁波）包含很多頻率，那么，如何把針對單個電磁波頻率的隱身推廣到針對多個電磁波頻率呢？還有，如何解決材料對入射光或電磁波的吸收問題呢？這個吸收的存在直接導(dǎo)致隱身衣區(qū)域出現(xiàn)陰影，顯然，觀察者可以通過觀察該陰影區(qū)域來推知被隱藏的物體，故而這個物體也就被暴露、不再隱身了。
不過，有了這些問題并不可怕，正如愛因斯坦(1879-1955)所說：“提出一個問題往往比解決一個問題更重要。因為解決一個問題或許只是一種技能，而提出新的問題、新的可能性，從新的角度去看問題，卻需要有創(chuàng)造性的想象力，標(biāo)志著科學(xué)的進(jìn)步。” 這些問題，以及更多問題陸陸續(xù)續(xù)地被提出來了，無數(shù)科學(xué)家正在刻苦攻關(guān)之中。
此外，還值得一提的是，基于麥克斯韋方程組的形式不變性獲得的這類隱身衣，從現(xiàn)象上看，它與上文提及的1940年電影《隱形女人》中的隱身“原理”有一致之處。這也說明，科學(xué)與文藝，不僅相通，而且可以互為引導(dǎo)、促進(jìn)對方發(fā)展。除此之外，君不見文學(xué)名著《西游記》中的神仙千里眼不正對應(yīng)著今天的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）嗎？還有，《西游記》中的另一位神仙順風(fēng)耳不正對應(yīng)著今天的手機、電話等可以遠(yuǎn)程通話的設(shè)備嗎？
可喜的是，鑒于這類隱身衣在電磁波領(lǐng)域的巨大成功，中外科學(xué)家正致力于把該隱身原理推廣到聲波、地震波、水波、以及熱流。無疑，這些推廣將使得隱身技術(shù)對人類未來更加有用，例如：設(shè)計聲波隱身衣，可以使得人們免收噪聲的干擾；設(shè)計地震波隱身衣，可以使得建筑物免收地震的破壞，從而保證人民群眾的生命財產(chǎn)安全；設(shè)計水波隱身衣，可以保護(hù)海邊建筑物，以免被海嘯損毀；設(shè)計熱流隱身衣，可以使得人類居室四季如春，不受寒暑交替的影響。
責(zé)編：微科普