热隐身衣：前世、今生和未来的浅谈

对“光学隐身衣”，大家现在都已经耳熟能详，它是指这样一件“衣服”，哈利·波特一旦穿上它，光就会绕他而走，别人看不见他。这个原本只有在小说或电影中才存在的魔幻道具，自从2006年Leonhardt【Science 312， 1777（2006）】和Pendry等人【Science 312，1780（2006）】在Science上各自发表一篇论文后，开始登上科学殿堂。当前物理学家在设计光学隐身衣时，主要方法就是改变“衣服”的物理参数（即光学介电常数和光学磁导率），从而使得它们满足特定的方程，这个方程使得光照射到这件“衣服”时，会避开特定的区域，这个区域内的物体不能为外界所探测，也就实现了隐身。举个不很恰当但比较形象的比喻，整个过程就像水流过石头一样，水会绕开石头继续向前流动，而石头内若有物体的话，水无论如何也不可能接触到它。

在“光学隐身衣”这个概念的启发下，我和两位研究生于2008年率先提出“热隐身衣”（thermal cloak）这个新概念【Applied Physics Letters 92， 251907（2008）】。该热隐身衣的工作原理就是设计特定的热导率分布，使得热流可以绕过物体而行，也就是说，如果这个物体穿上这件隐身衣的话，外界的热对该物体将没有任何影响。无疑，这样的“衣服”非常有用：如果各位读者都穿上它，也就不怕寒暑交替，它可以确保你身体所处的环境四季如春，因为外界的温度变化，对你的身体没有影响；如果运载火箭穿上它，也就不再“惧怕”大气层摩擦产生的热对火箭的损伤……

我们提出热隐身衣的这个新概念，很快得到台湾一个课题组的佐证【Applied Physics Letters 93，114103（2008）】，他们从理论上再度证实热隐身衣可以存在。2010年，我们给出一个实现热隐身衣的理论方案【Journal of Applied Physics，108，074504（2010）】，我们建议基于颗粒复合材料来实现。2012年3月，我们关于热隐身衣的设想又得到法国一个组的理论验证【Optics Express 20，8207（2012）】，他们这个工作被BBC News （英国广播公司新闻）报道（http：／／www．bbc．co．uk／news／science－environment－17518210），标题为“Thermal cloak'hides objects from heat”（热隐身衣把物体从热中隐藏掉），之后很多家媒体跟进报道。2012年5月，美国哈佛大学的一个组，发表了一篇论文【Physical Review Letters 108，214303（2012）】，他们使用多层复合材料，首次从实验上验证了我们关于热隐身衣的理论预言。他们这个工作证明热隐身衣在某种条件下确实能够存在。关于哈佛大学的这一工作，Science的一位记者联系我，希望听听我的评价和意见。我告诉他，这类材料不仅可以用于实现热隐身衣，还可以用于设计热计算机（thermal computer），从而代替传统的电子计算机，以实现对废热的充分利用。之后，Science上很快就发表了一则专题报道，标题是“Heat trickery paves way for thermal computers”（热推进热计算机；http：／／news．sciencemag．org／sciencenow／2012／05／heat－trickery－paves－way－for－ther．html＃sci－comments）。这篇报道的最后两段内容是我对哈佛大学这一工作的评价和展望。大体而言，现有材料只能实现对热传导的屏蔽，而热的传输除了热传导，还有热对流和热辐射，要想实现真正意义的热隐身衣，科学家们还有大量工作要做。可喜的是，2013年5月，德国的一个课题组用了与哈佛大学不一样的实验方法，基于铜等材料设计的热隐身衣获得了很好的效果【Physical Review Letters 110，195901 （2013）】。此文一发表，就被美国物理学会的Physics推荐为焦点文章。(www.xing528.com)

于是，我们更期待着热隐身衣的进一步发展。

[1]此文最初于2012年5月26日发表于科学网博客：http：／／blog．sciencenet．cn／blog－683185－575240．html。