主题：隐身衣技术I：导言 -- witten1

我跳过光学变换的进一步技术性讨论，其实总得就是一句话，我们要求Maxwell方程的协变性，就是说我们要求Maxwell方程在坐标变换下是不变的，这样把介电和磁导率张量做相应的变换的时候其实就是意味着我们寻找一类特殊的边界条件来达到我们引导光线弯曲前进的目的，通常引力会比较容易一点，可是人工引力在目前的技术条件下应当是不现实的，因为这是直接改变时空的结构，而改变引力场也就是改变周围环境的曲率，所以通过利用一些材料的特殊性质实现特定的介电和磁导率的变换也是能达到等效的功能。

隐身

上图的左上方显示了一光束在自由空间中的传播。我们希望把中间的那个半径为R1的小球隐藏起来，应用从光学变换所学到的知识，那么一个自然的手段就是想办法让光线绕过那小球，而同时又要求任意路径的变形都被限制在半径为R2的大球内（参看右上方小插图）。通过这样的方式，外面的人将既无法察觉到隐身衣也不法察觉到那个被我们隐藏起来的半径为R1大小的东西，从而一个“空”的空间的视觉欺骗就建立起来了。在2006年时候人们（Science 314, 977 (2006).）就通过利用元材料（这一类材料得益于其特殊的亚波长内在结构）在微波范围证实了这样的隐身衣技术确实是可行的。所以在这里我们可以看出，核心的地方在于寻找到恰当的材料，让这样的材料能实现我们所需要的介电张量及磁导率张量的空间变换。上图的底部是另一种实现隐身的方式就是通过仔细的研究被隐身物的性质来制造相应的隐身衣，这样的隐身衣可以抵消一切可能散射光（物体表面的）从而达到使隐身衣和被隐身物同时不可见的目的。

对于隐身衣的一个解释就是隐身衣可以让被隐身物变得非常小从而达到使之不可见的目的，所以上图右上方的球形隐身衣会让被隐身物缩小到一半径几为零的小球。尽管整个球会有非常大的折射系数，但是最终这整个球都会不可见。上图直接告诉了我们两种别的可能性：可以把物体“缩小”到一半径几为内的柱体或者“压缩”到其薄几为零的平面。由于一其细几无内的线具有很大的电感从而不能携带电流，所以其细几无内的线能够提供几乎完美的隐身。然而若把其变换成其薄几无厚的面却不能实现隐身，因为这样的一个面会是一个具有高反射率的平面，这样光线都会被反射出来，从而失去隐身。但是，如果物体的周边环境本来就在一个具有一定反射率的平面上的话，那这样的“压缩”是有意义的，因为这时这样的一个被“压缩”成具有一定反射率的“平面”的柱体就隐藏在了这样的环境之中了，而这就是所谓的“地毯隐身衣”。

尽管在理论上我们给出了隐身衣技术的完美描述，然而说是一回事做出来却是另一回事了。一个是我们所引入的元材料一般是各向异性，另一方面，制造这样的材料的困难程度随着频率的上升而迅速上升（前面所说的例子是在微波范围实现的，那如果是可见光呢？以后我们会说到）。再下一段落我们会具体的来讨论一下元材料。

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