当你的想象力模糊不清时，你不能信赖你的双眼

2 隐形

当你的想象力模糊不清时，你不能信赖你的双眼。

——马克·吐温

在《星际迷航4：抢救未来》中，一艘克林贡战斗巡洋舰被企业号的船员们劫持了。与联邦星际舰队的宇宙飞船不同，克林贡帝国的宇宙飞船有一种秘密的“隐蔽装置”，能使它们在光线下和雷达中隐形，这样克林贡的飞船就能悄悄从背后接近联邦的飞船，然后突然袭击联邦的飞船而自身毫无损伤。这一隐蔽装置给予了克林贡帝国超越星际联邦的战略优势。

这样的一种装置真的可行吗？从《隐形人》的字里行间到《哈利·波特》系列中神奇的隐身衣，或者《指环王》中的指环，隐形一直都是科幻小说和幻想中的奇妙事物之一。可是，在至少一个世纪的时间里，物理学家对于隐身衣存在的可能性不屑一顾，断言它们是不可能存在的：它们违反了光学定律，并且不符合任何已知的物质属性。

但在今天，不可能或许能够成为可能。一种在“超材料”上取得的进步正在有力地推动一场光学课本的大规模修订。这一材料的工作原型实际上已经在实验室中制造出来了，这激起了媒体领域、工业领域和军事领域人士的兴趣。

历史上的隐形

隐形或许是古代神话中最古老的概念之一。有史以来，独自度过令人不寒而栗的夜晚的人们始终被看不见的死者灵魂、早已离世之人潜伏在黑暗中的魂魄惊吓。古希腊神话中的英雄珀尔修斯在戴上可使人隐形的头盔后得以杀死邪恶的美杜莎。军队将领们一直梦想拥有隐形装置，隐形后，他们可以轻易突破敌人防线，并且出其不意地取得胜利。罪犯们可以利用隐形来实现偷盗。

隐形是柏拉图伦理道德理论的核心部分，柏拉图在他的哲学杰作《理想国》中详细讲述了裘格斯戒指的神话。在吕底亚，有一位贫穷但诚实的牧羊人，有一天，他在一个隐蔽的山洞里发现了一座坟墓，里面有一具佩戴着一枚黄金戒指的尸体。裘格斯发觉这枚戒指具有让他隐身的魔力。很快，穷苦的牧羊人就被这枚戒指赋予他的力量控制。在偷偷潜入国王的宫殿后，裘格斯使用他的魔力诱惑了皇后，并在她的帮助下杀死了国王，成为吕底亚的下一任国王。

柏拉图想要阐述的寓意是：没有人能够抗拒自由偷盗和杀戮的诱惑。每一个人都是可以被腐蚀的。道德是从外界强加于人的社会建构。一个人或许可以在公众面前表现得品行端正以维护他正直诚实的名誉，可他一旦具有了隐身的能力，对这种能力的运用就不可避免了。（有些人相信这个伦理故事是J.R.R.托尔金《魔戒》三部曲的灵感来源，在这部作品中，一枚能给予佩戴者隐身能力的指环同时也是邪恶之源。）

隐形也是科幻小说中常见的剧情铺垫。在20世纪30年代的影视作品《飞侠哥顿》中，飞侠隐身以摆脱酷明的行刑队。在《哈利·波特》系列小说和电影中，哈利只要披上一件特殊的袍子，就能在霍格沃茨城堡中漫步而不被发现。

H.G.威尔斯通过他的经典小说《隐形人》将这一神话事物在很大程度上现实化了。在小说中，一位医科学生偶然发现了四维的力量，并且隐身了。不幸的是，他将这一玄妙的能力用于私人攫取，开始了一系列犯罪活动，并且最终在试图躲避警察的时候绝望地死去。

麦克斯韦方程和光的奥秘

直到苏格兰物理学家、19世纪物理学界的巨人之一詹姆斯·克拉克·麦克斯韦的研究成果问世，物理学家们才对光学定律有了确定的了解。从某些意义上来说，麦克斯韦正是迈克尔·法拉第的对立面。法拉第在试验中有着惊人的直觉，却完全没有受过正式训练，而与法拉第同时代的麦克斯韦则是高等数学的大师。他在剑桥大学上学时擅长数学物理学，在那里，艾萨克·牛顿于两个世纪之前完成了自己的工作。

牛顿发明了微积分。微积分以“微分方程”的语言描述了事物在时间和空间中如何顺利地经历细微的变化。海洋波浪、液体、气体和炮弹的运动都可以用微分方程的语言进行描述。麦克斯韦朝着清晰的目标开始了工作，那就是用精确的微分方程表达法拉第革命性的研究结果和他的力场。

麦克斯韦从法拉第电场与磁场可以互相转变这一发现着手，根据法拉第对于力场的描述，用微分方程的精确语言对其进行重新描述，得出了现代科学中最重要的方程组之一。它们是一组8个看起来十分深奥的方程式。世界上的每一个物理学家和工程师，在研究生阶段学习电磁学时，都必须努力消化这些方程式。

随后，麦克斯韦向自己提出了具有决定性意义的问题：如果磁场和电场可以相互转变，那么，当它们永远不断地相互转变时，又会发生什么情况？麦克斯韦发现这些电－磁场会制造出一种波，与海洋波十分类似。令他吃惊的是，他计算了这些波的速度，发现那是光的速度！发现这一事实（1864年）后，他预言道：“这一速度与光速如此接近，看来我们有充分的理由相信光本身是一种电磁干扰。”

这可能是人类历史上最伟大的发现之一，光的奥秘终于被揭开了。麦克斯韦突然意识到，旭日的光辉、落日的红焰、彩虹的绚丽色彩和星星的光芒，都可以用他匆匆写在一页纸上的波来描述。今天我们认识到，整个电磁波谱，包括红外线、可见光、紫外线、X射线、微波和γ射线，都只不过是麦克斯韦波，即振动的法拉第力场。

爱因斯坦在评论麦克斯韦方程式的重要性时写道，它们是“自牛顿的时代以来物理学经历的最深远、最富成果的事件”。

（悲惨的是，麦克斯韦，19世纪最伟大的物理学家之一，于48岁英年早逝，死于肺癌，这很有可能是在同样的年龄夺走他母亲生命的疾病。如果他能活得更久，他或许能发现他的方程式在允许时空畸变的情况下会直接得出爱因斯坦的相对论。也就是说，麦克斯韦要是能活得长久一些，相对论可能在美国内战期间就被发现了，真是让人惊讶。）

麦克斯韦的光学理论和原子理论为光学和隐身做出了简单的解释。在固体中，原子是紧密排列的，而在液体或气体中，分子的分布较为松散。大多数固体都是不透光的，因为光线无法穿透固体中高密度的原子矩阵，其作用就像一面砖墙。相反，许多液体和气体是透明的，因为光线可以毫无阻碍地穿过它们原子之间的大空隙，那是比可见光的波长更大的空隙。例如，水、酒精、氨水、丙酮、过氧化氢、汽油等都是透明的，就像氧气、氢气、氮气、二氧化碳、甲烷等气体一样。

这条规则有一些非常重要的特殊情况。许多水晶都既是固体又是透明的，但是水晶的原子是以一种精确的网格结构排列的，堆积成有规则的行列，中间有着规则的空隙。因此便有了许多途径让光线穿过水晶网格。所以，即使水晶和其他固体一样结构紧密，光仍然能有效穿过水晶。

在特定的情况下，如果原子被随机排列，一个固体就可能变得透明。这可以通过将特定材料加热至高温后再迅速使其冷却来实现。比如，玻璃是一种由于其原子随机排列而具有许多液体性质的固体。某些糖果也可以通过这个方法变成透明的。

显而易见，隐形是一种在原子水平上凭借麦克斯韦方程产生的特性，因此，用普通方法复制它是极其困难的。要想让哈利·波特隐身，我们必须将他液化、把他煮沸以产生蒸汽、让他结晶、再次加热他，然后把他冷却，哪怕对于一个巫师而言，这一切都相当难以实现。

军方无法制造出隐形飞机，因此已经尝试着退而求其次，开发隐身技术，使飞机在雷达上隐形。隐身技术依靠麦克斯韦的方程式创造了一系列戏法。一架隐身战斗机在肉眼中完全可见，但它在敌军的雷达图像上仅有一只大鸟般大小。（隐身技术实际上就是一堆障眼法的大杂烩。通过改变战斗机内部材料，减少它的金属含量，用塑料和树脂替代、改变机身的曲度、重新调整它的排气管等方法，我们可以让敌军命中机身的雷达信号向四面八方散开，这样它们就永远不可能返回到敌军的雷达屏幕上。就算有了隐身技术，一架战斗机也不可能完全隐形，它只能在技术允许的范围内尽量折射或驱散雷达信号。）

超材料与隐形

不过，隐形技术中最有前途的新进展或许是一种叫作“超材料”的奇异材料，有朝一日它也许真的能让物体隐形。具有讽刺意味的是，超材料曾被认为是不可能存在的，因为它们违反了光学定律。然而，2006年，杜克大学（位于北卡罗来纳州达勒姆）和帝国理工学院（位于伦敦）的研究者成功挑战传统概念，使用超材料让一个物体在微波射线下隐形。尽管仍有许多难关需要克服，但我们有史以来第一次拥有了能使普通物体隐形的方案。［美国国防部高级研究计划局（DARPA）资助了这一研究。］

微软的前首席技术官内森·梅尔沃德说，超材料那革命性的潜力“将彻底改变我们对待光学的方式，以及电子学的几乎每一个方面……有些超材料能够成就在几十年前看来属于奇迹的伟业”。

超材料是什么？它们是具备自然界中不存在的光学性质的物质。超材料是通过将微小的组件植入一种材料而产生的，这种材料能强迫电磁波向非正常的角度弯曲。在杜克大学，科学家们将微型电路植入排列成位于同一平面内的同心圆的铜圈（有点儿像电炉的线圈）中。结果是产生了由陶瓷、聚四氟乙烯、混合纤维和金属组成的混合物，铜圈中的微型植入体使其可以用特定的方式使微波辐射路径弯曲和引导微波辐射。想象一下围绕一块巨石流动的河水。由于河水迅速包围巨石，巨石会被冲向下游。同样，超材料可以不断改变微波辐射路径或使微波辐射路径弯曲，这样它们就绕着一个物体（如圆柱体）流动，基本上使圆柱体内的一切物质在微波内不可见。如果超材料能消除一切反射和阴影，它就能确保一个物体在该种射线下完全隐形。

科学家们成功使用一个由10个覆盖铜元素的玻璃纤维环组成的装置演示了这一原理。装置内部的一个铜环在微波辐射下几乎完全隐形，只投下了非常小的影子。

超材料的核心是它们能够控制一种叫作“折射率”的事物。折射是指当光线穿过透明媒介时产生偏折。如果你把手伸入水中，或者透过眼镜的镜片看自己的手，你就会注意到水和玻璃使正常的光的路径发生了扭曲和弯折。

光在玻璃和水中会弯折的原因在于光在进入一个密集、透明的媒介时会放慢速度。光在真空中的速度永远保持一致，但穿透玻璃或者水的光必须穿过上万亿个原子，因此速度就变慢了。（光在真空中的速度除以光在该介质中的速度，所得的数值为折射率。由于光在玻璃中减速，因此玻璃的折射率永远大于1.0。）例如，真空的折射率是1.0，空气是1.0003，玻璃是1.5，钻石是2.4。通常，媒介密度越高，弯折的度数越大，于是折射率也越大。

折射率常见的实例之一就是海市蜃楼。当你在炎热的日子里开车并直视地平线时，道路看起来可能像是有微光闪烁，形成波光粼粼的湖面的幻象。在沙漠中，人们有时能看到远处的地平线上有城市和高山的轮廓，这是因为从沙漠或道路上升起的炙热空气的密度低于正常空气，因而折射率比周围较冷的空气低，这样，来自远方物体上的光线就会从道路上折射到眼中，造成正在看着远方事物的假象。

通常情况下，折射率是一个常数。一束狭窄的光线进入玻璃时会被弯曲，随后保持沿直线前进的状态。但是假设你可以任意控制折射率，它就能在玻璃中的每一点不断改变方向。当光线在这个新的材料中移动时，如果光能被弯曲并向不同的新方向流动，就能创造出能够穿过整个物质的蛇形路径。

如果能控制超材料内部的折射率，光就能从物体的周围通过，这样，这个物体就能隐形。为了实现这一点，这种超材料必须具备负折射率，这是所有光学课本中都写着的不可能的事物。（超材料是在1967年由苏联物理学家维克托·韦谢拉戈在一篇论文中首次理论化的，并且被证明具有不同寻常的光学性质，如负折射率和逆多普勒效应。超材料是如此的古怪和反常，以至它曾被认为是不可能形成的。但在过去几年中，超材料确实已经在实验室中被制造出来了，这迫使满心不情愿的物理学家们改写了所有光学方面的教科书。）

超材料的研究者们不断受到记者骚扰，他们希望知道隐身衣什么时候会被投放到市场中。回答是：近期不会。

杜克大学的戴维·史密斯说：“记者们打电话过来，他们只需要你说出一个数字：所需的月数或所需的年数。他们不停地追问、追问，再追问，如果你最后说：‘嗯，大概15年。’那么他们便弄到了新闻的标题，不是吗？‘15年做出哈利·波特的隐身衣’。”这就是他现在拒绝给出任何详细的时间表的原因。《哈利·波特》迷和《星际迷航》迷或许不得不等待。当真正的隐身衣在物理定律的范围内已经成为可能时，正如大多数物理学家会认同的那样，这一技术遗留的难以克服的技术障碍或许是：将研究范围拓展到可见光，而不仅限于微波。

通常，被植入超材料中的内部组件的大小必须小于射线的波长。比如，微波的波长约为3厘米，因此，植入能够使微波路径弯曲的超材料的微型植入体必须小于3厘米。但要使一个物体在波长为500纳米的绿光下隐形，超材料必须具备只有约50纳米长的内部构造，而纳米是原子水平的长度单位，需要使用纳米技术。（1纳米在长度上相当于1米的十亿分之一。1纳米大约可以容纳5个原子。）这可能是我们在创造真正的隐身衣的过程中要面临的关键问题。超材料中的单个原子必须被改进，从而把光束弯曲成蛇形。

可见光范围的超材料

竞赛在继续。

自从宣布超材料已经在实验室中被制造成功，这一领域内就已风起云涌，每隔几个月就有新的进展和惊人的突破出现。目标很清楚：使用纳米科技制造出不仅能使微波路径弯曲，还能使可见光路径弯曲的超材料。已经有数种方案被提出，全都很有前景。

有一种方案是使用已有的技术，即从半导体行业借用已有的技术来制造新的超材料。一种叫“光刻术”的技术在计算机微型化中处于核心地位，因此也推动着计算机革命。这一技术使工程师得以将数亿个微型晶体管集成到一块不大于拇指的硅芯片上。

计算机的处理能力每18个月翻一番（这被称作摩尔定律）的原因是科学家使用紫外线辐射把越来越微小的零件“蚀刻”到硅芯片上。这一技术很像用模板生产彩色T恤的技术。（计算机工程师从一块薄片入手，随后将由多种材料组成的极薄外层置于其上。然后薄片被覆上一层塑料掩模，作为模型。它包括电线、晶体管和组成电路系统基础构架的计算机零件的复杂轮廓。接着，薄片沐浴在波长非常短的紫外线射线中，射线将形状印在光敏性晶片上。用特殊的气体和酸处理薄片后，塑料掩模上的复杂电路就被蚀刻到薄片曾经暴露在紫外线中的部分上。这一过程会制造出含有数亿微型沟槽的薄片，这些沟槽构成了晶体管的轮廓。）目前，使用这种蚀刻方法能够制造出的最小部件尺寸大约30纳米（约为150个原子的长度）。

当一组科学家使用这种硅芯片蚀刻技术制造第一种能在可见光范围内起作用的超材料时，隐形探索的里程碑出现了。德国和美国能源部的科学家在2007年年初宣布，有史以来第一次，他们制造出了一种能在红光下起作用的超材料。不可能的事情在短得不同寻常的时间内被实现了。

艾奥瓦州埃姆斯实验室的物理学家科斯塔斯·苏库勒斯与德国卡尔斯鲁厄大学的斯特凡·林登、马丁·韦格纳和贡纳尔·德林创造出了一种在波长780纳米的红光下具有-0.6的折射率的超材料。（先前，被超材料弯曲的射线的世界纪录是1 400纳米，这使其被排除在可见光光谱范围之外，属于红外线范围。）

科学家先使用一块玻璃薄片，然后涂上银、氟化镁，随后再涂一层银，形成了一个只有100纳米厚的氟化物“三明治”。接着，使用常规蚀刻技术，在“三明治”中制造出一大片显微镜下可见的方形孔，形成渔网状的格子结构。（方孔只有100纳米宽，比红光的波长小得多。）之后，他们将红光光束射过这一材料，并测出它的折射率：-0.6。

这些物理学家预测了这一技术的许多种实际应用。超材料“或许会有一日能促成在可见光谱范围内起作用的超级透镜的开发”，苏库勒斯博士说，“这样的透镜会带来比传统技术更为优越的解决之道，捕获比光的波长小得多的细节。”这一“超级透镜”将以前所未有的清晰度拍摄微型对象，比如一个活的人体细胞内部，或者判断一个子宫内的婴儿所患的疾病。理想情况下，人们能够获得DNA（脱氧核糖核酸）分子组成部分的照片，而不必使用笨拙的X射线衍射晶体分析法。

目前为止，科学家已经证实了红光的负折射率。他们的下一步将是使用这一技术制造一种能使红光弯曲，完全绕过一个物体的超材料，使其完全在红光下隐形。

顺着这些道路前进，下一步的发展可能会发生在“光子晶体”领域。光子技术的目标是创造出使用光而不使用电的芯片，以处理信息。这涉及使用纳米科技将微型部件蚀刻到芯片上，这样折射率就根据每一个部件的材料而变化。使用光的晶体管与使用电的晶体管相比，有几个优势。比如，光子晶体的热量损失要小得多。（先进的硅芯片产生的热量足够用来煎鸡蛋。因此，它们必须不断被冷却，否则就会失灵。让它们保持低温非常费钱。）光子晶体科学非常适合超材料，这一点儿也不奇怪，因为这两种科技都涉及在纳米量级操控光的折射率。

通过等离子体光子实现隐形

尽管还没有实现超越，但还是有一个小组在2007年宣布他们已经使用一种完全不同的方法制造出了一种能弯曲可见光的超材料，这种方法叫“等离子体光子”。加州理工学院的亨利·列兹克、珍妮弗·迪翁和哈利·阿特沃特宣布他们已经制造出一种在难度更高的蓝-绿可见光光谱范围内具有负折射率的超材料。

等离子体光子可以“挤压”光，我们可以在纳米量级操控物体，特别是在金属的表面。金属之所以导电，是因为电子松散地与金属原子捆绑在一起，这样它们就可以顺着金属的结构表面自由移动。在家中的电线里流动的电流代表了这些金属表面松散捆绑着的平稳电子流。但是，在特定条件下，当一束光撞击金属表面时，电子会和原始的光束一起振动且频率一致，在金属表面创造出波状的运动（称为等离子体），这些波状运动又与原始的光束进行频率一致的拍动。更重要的是，我们可以“挤压”这些等离子体，这样一来，它们就与原始光束具备了同样的频率（因此也就携带了同样的信息），但是波长短得多。从理论上来说，我们随后可以将这些被挤压的波塞入纳米线中。就如同使用光子晶体一样，等离子晶体的终极目标是创造使用光而非使用电来运行的计算机芯片。

加州理工学院的小组使用两层银制造了他们的超材料，两层银中间有一个硅镍绝缘层（厚度仅50纳米），起到引导等离子体波方向的“波导”作用。激光通过两条刻在超材料上的狭长切口进出仪器。通过分析激光在穿过超材料时形成的角度，我们可以证实光是以负折射率被弯曲的。

超材料的未来

未来，超材料的发展速度可能会进一步加快，简单来说，这是因为目前在创造使用光束和非电力的晶体管方面已有了巨大的需求。因此，对于隐形的研究也能搭上进行中的以制造出硅芯片替代品为目的的光子晶体和等离子体光子的顺风车。已有上亿美元被投资于创造硅芯片替代品的技术，超材料的研究会从这些研究尝试中获益。

由于在这一领域内每隔数月就会产生突破，因此一些物理学家认为某种形式的实用性隐形盾牌可能会于几十年内在实验室中产生，这并不让人惊讶。举例来说，科学家们有信心在未来几年内创造出至少可以使物体在二维中完全在一种可见光频率下隐形的超材料。要想做到这一点，就需要把微型的纳米植入体以复杂的形式排列，而不是排在规则的行与列中，这样光束就可以平滑地绕着一个物体弯曲。

下一步，科学家们必须制造出能在三维中而不仅仅在平面的二维表面弯折光线的超材料。光刻对于制造平面硅晶片来说是完美的技术，但是制造三维超材料需要将晶片垒成复杂的形式。

此后，科学家们还必须解决一个难题——制造出能弯曲不止一种频率，而是许多种频率的超材料。这可能是最困难的一步，因为目前为止设计出的微型植入体只能精确地弯曲一种频率。科学家们或许将不得不制造以多层次为基础的超材料，每一层弯曲一种特定频率。解决这一问题的方法还不太明朗。

然而，隐形盾牌一旦被制成，就可能是一个笨重的装置。哈利·波特的隐身衣是用轻薄、柔韧的布料制成的，并且能让任何披着它的人隐身。但是为了实现这一点，隐身衣内部的折射率必须随着它的飘动不停改变，而这是不实际的。真正的隐身“衣”更有可能是由用超材料组成的固态圆柱体构成的，至少最初会是这样。如此一来，圆柱体的内部折射率就会是固定的。（更加先进的隐形盾牌最终可能会加入柔韧的、能够扭曲光线，而仍旧使内部的光线沿着正确的路径通过的超材料。通过这种方法，隐身衣内部的任何人都可以自如活动。）

有人指出了隐形盾牌的一个缺陷：任何处于其内部的人都无法在不现身的情况下看到外面。想象一下，如果哈利·波特除眼睛以外全身都隐形，那么眼睛看上去就像飘浮在半空中一样。任何隐身衣上为眼睛挖出的洞都可以从外面被清楚地看见。如果哈利·波特完全隐身，他就会两眼一抹黑地坐在他的隐身衣下。（这一问题的解决方法之一可能是在眼洞附近放置两块玻璃片。这两块玻璃片可以起到“分光片”的作用，将很小一部分射在玻璃片上的光分走，随后把光送入双眼。如此，大多数到达隐身衣的光线就会绕着它并从其周围散开，保证隐身衣中的人隐形，但是有非常小的一部分光会被转移到眼中。）

尽管困难重重，科学家和工程师们仍然乐观地认为，在未来的几十年中，人们能够制造出某种形式的隐身盾牌。

隐形和纳米技术

就如我先前提到的那样，隐形的关键可能是纳米技术，即操控直径为10亿分之一米的原子尺寸结构的能力。

纳米技术的诞生要追溯到1959年的一场由诺贝尔奖得主理查德·费曼主讲的讲座，这场讲座面向美国物理学会，标题俏皮而讽刺——“在底层有着巨大的空间”。在这场讲座中，理查德·费曼预测了符合已知物理定律的最小机械可能呈现的形态。他意识到，机械的尺寸可以越来越小，直到达到原子间距，然后，原子可以被用于制造其他机械。“原子机械，比如动滑轮、杠杆和轮子都处于物理定律的范畴之内，”他总结道，“尽管它们极其难以制造。”

纳米技术衰落了一段时间，因为操控单个原子所需要的技术超出了当时的技术水平。但是后来，在1981年，随着扫描隧道显微镜的发明，物理学家取得了一个突破——在IBM（国际商业机器公司）实验室（位于苏黎世）工作的科学家格尔德·宾宁和海因里希·罗雷尔获得了诺贝尔奖。

突然间，物理学家就能获得由单个原子排列成的惊人“图像”——就像在化学书中看到的那样，原子理论的批评者们一度认为这是不可能的。排列在水晶和金属中的原子的绚丽照片如今成为可能。科学家们常常使用的化学式中，一个分子包裹着一系列复杂的原子。此外，扫描隧道显微镜使得操控单个原子有了可能性。事实上，将“IBM”三个字母用原子拼写出来这件事，在科学界引起了一阵轰动。科学家们在操控单个原子时不再茫然了，他们能够真实地看到它们，与它们嬉戏。

扫描隧道显微镜简单得出乎意料。就像一根唱针扫过一张唱片一样，一根探针慢慢地通过要被分析的材料。（针尖极为尖锐，仅仅由一个原子组成。）一个小小的电荷被放置在探针上，一股电流从探针流出，通过整个材料，到达底层表面。当探针通过单个原子时，流过探针的电流量会发生变化，这些变化会被记录下来。当探针经过一个原子的时候，电流起伏不定，如此便极其精确地描绘出它的轮廓。通过绘出电流量的波动，人们可以得到组成一个网格结构的单个原子们的美丽图片。

（扫描隧道显微镜是由于一条奇特的量子物理定律而变得可行的。电子通常不具有足够从探针中流出、通过物体、到达底层的能量。但由于测不准原理，存在着电流中的电子能“钻洞”或穿透障碍的微小可能性。这样一来，流过探针的电流就对材料中的微型量子产生了效应敏感。我稍后将更具体地探讨量子理论的影响。）

探针也具有足够的敏感度，可以移动独立的原子，创造出由独立的原子组成的简单的“机械”。这一技术非常先进，如今原子团可以被陈列在屏幕上，只需移动计算机的光标，原子就可以按照你想要的任何方式移动。你可以像玩乐高积木一样操控大堆原子。除了用独立的原子拼出字母表上的字母，我们还可以制造原子玩具，比如用一个个原子制成的算盘。原子被排列在有纵向窄槽的平面上。这些纵向窄槽中可以放入用碳制成的巴克球（形状像足球，但是由一个个碳原子组成）。随后，这些球就可以在各条窄槽中被移上移下，这样一来就做出了一个原子算盘。

使用电子束来雕刻原子装置也是有可能的。例如，康奈尔大学的科学家们已经制造出全世界最小的吉他，其大小是一根人类的头发直径的1/20，用晶体硅雕刻而成。它有6根弦，每一根有100个原子那么粗，这些琴弦可以在原子力显微镜下弹拨。（这把吉他确实可以弹出音乐来，但是它产生的音频远远高于人耳听力范围的上限。）

目前，这些纳米技术“机械”大多只是玩具。有齿轮和滚珠轴承的、更为复杂的机械尚未被制造出来。但是许多工程师都很有信心，认为我们制造真正的原子机械的一天终将到来。（原子机械其实已经在自然界中被发现了。细胞可以在水中自由游动，因为它们能够摆动微小的纤毛。但是当我们分析纤毛和细胞之间的连接处时，我们会看到，事实上是一种原子机械使纤毛朝各个方向摆动。因此，发展纳米技术的关键之一是模仿自然，自然界在数十亿年前就掌握了原子机械的技艺。）

全息图与隐形

另一种能使人部分隐形的方法是拍摄一个人身后的背景，然后将这一背景影像投射到这个人的衣服上或者他身前的屏幕上。从前面看，这个人似乎变得透明了，光以某种方式不偏不倚地穿过了他的身体。

东京大学田智实验室的川上直树一直在为这一方法努力工作，这种工艺被称作“视觉伪装”。他说：“这将用来帮助飞行员透过机舱地板观察下面的跑道，或者帮助司机看到护栏另一侧的司机泊车。”川上的“隐身衣”覆盖着微小的反光小珠子，起到电影银幕的作用。一台摄像机将衣服背后的景象拍摄下来，随后这一影像被输送到一台放映机里，放映机将衣服的前面照亮，这样一来，看上去就像光穿过了这个人似的。

视觉伪装的雏形事实上存在于实验室中。当你直视一个穿着这件类似于银幕的袍子的人时，那个人就消失了，因为你只能看到他身后的东西。但是如果你发现，即使改变视线，袍子上的图像也不会改变，你就知道那是个假象了。更为逼真的视觉伪装需要制造出3D影像的幻象。为了达到这一目的，我们需要全息图。

全息图是激光制造的3D影像（例如《星球大战》中莱娅公主的3D影像）。如果用一个特殊的全息照相机把周围景色拍摄下来，随后把全息图像投射到一个人身前的一整片全息银幕上，这个人就可以处于隐身状态。站在这个人面前的观看者会看到有着背景景色3D图像的全息银幕，但看不到这个人。就算移动视线，你也无法确定自己所见到的是假象。

这些3D图像是由于激光“相干”而成为可能的，即所有的波完全共振。全息图像是通过将一束相干的激光分裂成两半而产生的。一半光束照射在照相胶片上，另一半照射到一个物体上，被弹开，然后反射到同一张照相胶片上。当这两束光在胶片上产生干涉时，一种干涉图形就形成了，并且将原始3D光波的所有信息都编码。胶片上随后会出现类似于错综复杂的蜘蛛网的（看上去不怎么像）回旋和线条。但是随后有一束激光会投射到这张胶片上，一个原始物体的精确3D复制品突然间就像被施了魔法一样出现了。

然而，全息隐形的技术问题是难以克服的。其挑战之一是制造出一秒钟至少能拍摄30帧画面的全息照相机。另一个问题是储存和处理所有的信息。最后，我们必须把这幅图像投射到一块银幕上，这样图像看起来会显得真实。

第四维度实现隐形

我们还必须提及一种更为复杂的隐形方法，H.G.威尔斯在《隐形人》中提到了它。这种方法涉及使用第四维度的力量。（我会在本书后面的章节中更加详尽地探讨高维空间存在的可能性。）我们是否可能离开我们的三维宇宙，在四维空间的有利地点之上翱翔呢？就像一只三维的蝴蝶在一张二维的纸片上方飞舞一样，对于任何生活在我们下方的宇宙中的人来说，我们都是隐形的。这个想法有一个问题：高维空间的存在尚未被证明。并且，去往一个更高维度的假想旅行需要的能量远远超出我们现有科技可实现的水平。作为一种实现隐形的可行方法，这种方式无疑超过了我们当今的知识和能力。

鉴于迄今为止在实现隐形方面取得的巨大进展，它具备了一等不可思议的资格。在未来几十年中，或者至少在21世纪之内，某种形式的隐形将会变得稀松平常。