想要隐身吗？这里有两种方法

　　你想隐身吗？
　　隐形装置一直以来都是科幻和虚构故事中非常受欢迎的元素，从《星际迷航》里罗慕伦人的隐形装置，到 哈利·波特 的隐形斗篷，隐形一直在我们想象的世界中占据了一个重要的位置。
　　《星际迷航》中罗慕伦人的隐形装置。| 图片来源：《星际迷航》via Fandom.com
　　近年来，科学家和工程师一直在探索如何将科幻变为现实。目前，最接近想象的一种＂隐身＂方法是借助 超材料 。一些超材料具有负折射率，能够使光线向相反的方向弯曲，甚至有能力构造出引导光波绕过物体周围的结构，因此从理论上来说，它们有潜力 使物体看起来好像不存在一样。
　　超材料示意图。| 图片来源：原理
　　当然，目前的技术仍然很有局限性，比如大多数超材料只能局限于弯曲特定波长的光，而这些波长往往远超出可见光的范围。因此，想要达到＂隐形斗篷＂的效果还有很长一段距离。
　　虽然视觉上的隐形还很难达到，但我们还可以在别的方面让物体不被看见。举个例子，如果在流动的水中放上一颗小石子，有什么方法能让这颗石子不被发现吗？或者，在一台测量红外辐射的热相机的镜头里，怎么才能让物体＂隐形＂？
　　近日，两项新的科学研究在解决这些问题上迈出了一大步。
　　一组由应用数学家和物理学家组成的国际团队在《皇家学会学报A：数学、物理和工程科学》上发表论文，他们报道了 一种理论方法，能够模拟物体的热特征，也可以让物体在热测量中变得不可见 。
　　而另一组科学家，则是 通过向物体周围的流体中注入动量，让处于流体中的物体被＂隐藏＂起来，这种技术同样可以抵消作用在物体上的水动力 ，从而实现＂隐形＂和＂防护＂模式之间的任意切换。
　　就像我们的眼睛能够看到发射或反射可见光的物体一样，热成像摄像机也能看到发射或反射红外辐射的物体。如果一个物体周围的热源可以模拟出物体不存在时的热传递状态，那么这个物体就不会被热成像摄像机看见。
　　研究团队采用的新方法是 借助热泵而非特殊制作的材料来隐藏物体 。热泵是一种可以传输热量的装置，事实上，我们每个人的家中都有热泵，那就是冰箱——为了冷却食物，这种家用热泵将热量从内部输送到外部。科学家表示，使用热泵比使用特殊制作的材料要灵活得多，它甚至可以在温度实时变化的情况下对热传递进行微调。
　　研究人员进行了必要的数学研究后证明， 在一个物体周围有一圈热泵的情况下，就有可能在热学层面隐藏一个物体，或者模拟出另一个物体的热特征 。换句话说，通过巧妙地安排热泵，它不仅可以使物体隐形，还能让一样东西从热测量的角度看起来像是另一个完全不同的东西，比如让一个苹果＂看＂起来像个橘子。
　　这幅示意图展示了借助围绕排列的帕尔贴元件（图中红蓝相间），能够将一个二维平面区域Ω中的风筝（图中黑色）在热测量中＂隐形＂。| 图片来源：Cassier, M. et al.
　　目前，这项研究仍停留在理论层面。然而，借助一种被称为 帕尔贴元件 的小型热泵，这种理论方法是现有的技术范围内能够实现的。帕尔贴元件能够利用电流通过金属连接点来传输热量，目前已经广泛应用在商品和工业领域。
　　在第二项研究中，科学家瞄准的是流体中的物体＂隐形＂。与视觉隐形和热成像隐形有些类似之处， 流体动力隐形的原理就是掩盖物体对周围流体流动的影响 。例如，具有特定结构的超材料可以使物体周围的流体发生偏转，从而改变流体与结构的相互作用。这是一种被动方法。
　　而新研究使用了一种不同的方法，研究人员没有利用被动结构，而是借助了被称为 电渗 （electroosmosis） 的机制，它可以主动向流体中注入动量。
　　红色圆圈代表栅电极，研究利用电渗机制主动向流体中注入动量，从而使得物体（灰色）在流体中＂隐形＂。| 图片来源：Bacheva/Technion – Israel Institute of Technology; IBM Research Europe
　　该团队从理论上描述了在微尺度流动中针对一系列物体形状的方法，并在微流控室中进行了实验验证。这种技术可以让他们 通过电场控制周围流体的动量 ，在＂隐形 ＂模式下，隐形区域外的流动就仿佛物体不存在一般。
　　研究人员还可以切换到操纵物体周围的流体流动的模式，从而消除流体对物体施加的任何流体动力。他们称这种力的抵消为＂ 防护 ＂模式。这就好像罗慕伦人的装置一样，既能＂隐形＂，也能＂防御＂。
　　对这两项研究来说，研究人员相信它们拥有广阔的应用前景。
　　他们设想，对热控制的研究可以用来 精确控制物体在空间和时间上的温度 ，例如它可以隔离电路中产生热量的部件（例如电源） ，防止其干扰热敏部件（比如热成像摄像机） ；也能够应用在需要精确控制温度的工业过程中，例如控制材料的冷却，使其以特定的方式结晶。
　　一些科学家认为，这一结果也可以应用于精确给药，因为热的传递和扩散的数学模型，与药物输送和扩散的模型非常相似。此外，它也有潜力拓展到视觉隐身，比如光在雾这样的漫射介质中的行为。
　　而控制流体的行为，则可以充当＂镊子＂，在流体中夹住细胞等柔软的物体。
　　#创作团队：
　　编译：毛尖尖
　　#参考来源：
　　https://attheu.utah.edu/facultystaff/thermal-cloak/
　　https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspa.2020.0941
　　https://physics.aps.org/articles/v14/s57
　　#图片来源：
　　封面图：Eric Minbiole via Flickr under CC BY-NC