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　　地中海同一海域相隔两千余年的两场风暴，让古代社会最重要的技术遗物幸运地重见天日。这件安提凯希拉装置究竟是如何运行的，两千年前的古希腊人是怎样利用它模拟月亮的运动，甚至准确预报日食的？　　第一次风暴发生于公元前1世纪中期，一艘满载希腊珍宝的古罗马商船在风暴中葬身大海。第二次风暴则发生于公元1900年，一群在安提凯希拉岛（Antikythera，位于克里特岛与希腊本土之间的一个小岛）海域采集海绵的潜水者仓皇躲避到安全处。风暴过后，这群潜水者想碰碰运气，看能否在附近的水下找到海绵，结果意外发现那艘古罗马商船的残骸。几个月后，在希腊政府的支持下，这批潜水者回到这里。接下来的9个月里，他们发掘出一大批精美的古希腊文物，包括精美的青铜制品、玻璃器皿、酒罐、陶器以及珠宝。这是人类历史上最早的大规模水下考古发掘活动之一。　　有件物品最初并未引起注意。这是一件已经高度钙化、大小跟电话号码簿差不多的东西。几个月后它破裂开来，露出了一些锈迹斑斑的青铜齿轮残骸，所有齿轮相互啮合在一起，齿长仅为15毫米，还有刻着专业刻度尺和希腊文字的金属板。这一发现令考古学家大为震惊，因为在那之前，大家一直认为古代人制造齿轮仅是用于粗笨的机械任务。 (sinaads = window.sinaads || []).push({element: document.getElementById(Sina_Plista_AD)});　　这个东西后来被称作安提凯希拉装置（Antikythera mechanism），有三块较大的碎片正在雅典的希腊国家考古博物馆展出。跟那些气势不凡的青铜雕像以及其他各种古希腊艺术珍品相比，这几块碎片显得非常渺小脆弱。然而它们功能之复杂却超出了所有人的想象。　　2000年，我首次得知有这么个东西。当时我是电影制片人，英国威尔士加迪夫大学的天文学家迈克埃德蒙兹（Mike Edmunds）找到了我，因为他觉得这个装置可以成为一部电视纪录片的极好题材。数十年来，科学家对安提凯希拉装置已经有了相当多的认识，认为它可以计算天文数据，但仍然未能完全弄清这个装置的工作原理。由于以前曾研究过数学，我逐渐对这一装置产生了强烈的兴趣。　　我与埃德蒙兹组织起一个国际合作项目，一批历史学家和天文学家以及两组成像专家加入进来。过去几年中，我们的团队已经复原出几乎所有幸存的零件，并了解了它们的工作原理及功能。该装置可以计算月食和日食的日期，根据已有知识模拟月球在天空中复杂的视运动（apparent motion），并记录诸如奥林匹克运动会等重大社会活动的日期。就目前所知，该装置问世之后至少1000年内，世界上任何地方都不曾出现过技术复杂程度可与之媲美的东西。公元1901年，潜水者在安提凯希拉岛附近海域的一艘沉船上发现了安提凯希拉装置的一些锈迹斑斑的碎片，上图为其中一块。　　早期的先驱　　1905年，德国语言学家阿尔伯特雷姆（Albert Rehm）第一个认识到，安提凯希拉装置是一台天文计算装置。半个世纪后，当美国新泽西州普林斯顿高等研究院的德里克J德索拉普赖斯（Derek J。 de Solla Price）在《科学美国人》上撰文介绍这个装置时，人们仍然对它知之甚少。　　普赖斯认为，这个装置的操作方法是转动装置侧面的曲柄，然后它会移动正面和背面各个刻度盘面上的指针，进而完成输出。使用者可以通过转动曲柄设定日期，显示在装置正面一个有365天刻度的日历盘面上。（该盘面可以通过旋转调节使日期每隔四年多一天，与现在的闰年相仿。）同时，该曲柄也驱动装置内的其他所有齿轮，使它们给出与设定日期相对应的信息。　　装置正面的第二个盘面与日历盘面的中心相同，并被分为360度，上面还有12个代表黄道12宫星座的符号（见图安提凯希拉装置的内部）。这些星座是太阳沿一条被称为黄道（ecliptic）的路径相对于不动的恒星运动的过程中穿过的星座（那是当时人们的认识，其实太阳的这种运动是因地球绕太阳运动而产生的）。普赖斯猜想该装置正面或许有一根指针，显示指定日期太阳在黄道上的位置。　　在遗存至今的碎片中，普赖斯找出了十几个齿轮的残骸，这些齿轮原本是该装置内部的组成部分。他还估计出了齿轮的齿数。在1974年的一项重要研究中，普赖斯描述了主要碎块中的27个齿轮，并根据希腊放射学专家哈拉兰博斯卡拉卡洛斯（Charalambos Karakalos）对该装置进行的首次X射线扫描结果，给出了更准确的齿数估计值。　　从齿数可以看出该装置是作什么计算用的。转动曲柄，让64齿的初级齿轮旋转一整圈，就代表经过了一年，这可以从日历盘面上的指针看出来。这个初级齿轮也同两个38齿的次级齿轮啮合成对，因此每个次级齿轮每一年转过64/38圈。同样，每一级上不同齿数的齿轮靠啮合来传递运动，传递速度由齿数比决定。最后运动传递到指针上，使指针按照一定的速率转动，而不同的速率对应于不同的天文周期。普赖斯发现，其中一个齿轮系的各齿数比正好对应于古代巴比伦的月球周期。　　普赖斯同此前的雷姆一样，认为此装置内也有行星齿轮（epicyclic gear，也叫周转齿轮）系。　　所谓行星齿轮，就是齿轮的轴承本身又装在其他齿轮上，就像疯帽匠的茶杯（迪士尼乐园的一种旋转娱乐设施）中的那些杯子。行星齿轮扩大了用齿轮可以完成的计算的范围不仅可以计算分数乘法，还可以计算加法和减法。就现在所知，此后的1500年间，西方世界的技术中再未出现过行星齿轮的踪影。　　还有几位研究人员也对安提凯希拉装置进行了研究，最著名的是英国伦敦科学博物馆馆长迈克尔赖特（Michael Wright），他与澳大利亚悉尼大学计算机科学家艾伦布罗姆利（Allan Bromley）合作，首次对此装置进行了三维X射线测量，证明普赖斯提出的模型是错误的。布罗姆利于2002年去世，但赖特坚持不懈，研究成果显著。他找到证据证明，背面的刻度盘虽然乍看起来像是一些同心环，但其实是螺旋状的；他还发现装置正面有一个计算月相的行星齿轮机构。　　同时赖特也采纳了普赖斯的一个观点，即装置背面上方的盘面有可能是一种基于太阴周期的月历。太阴周期以19年［235个朔望月（lunar-month），即阴历月］为一循环，又称默冬章（Metonic cycle）。这种月历以公元前5世纪雅典天文学家默冬的名字命名（其实巴比伦人在他之前已经发现了这个周期），今天仍被用来确定犹太教的新年和基督教的复活节。下面，我们还将发现该盘面上的指针是可以延伸的，这样指针尖端上的一根槽钉就可以顺着螺旋形凹槽一圈接一圈地转下去。　　成像研究　　当我们的团队开始研究时，资料极端缺乏。我们查不到以前的X射线扫描资料，连一套清晰点的静态照片都没有。不过，一本科学杂志上的两张图片一张是金鱼的X射线照片，一张是巴比伦黏土板的增强照片启发了我，让我想出了一些新方法来获取更好的资料。　　我们委托美国惠普公司完成了当时最先进的摄影成像，同时请英国的X-Tek系统公司进行三维X射线成像。经过4年耐心而谨慎的交涉和周旋，希腊亚里士多德大学的约翰西拉扎基斯（John Seiradakis）以及雅典大学的克塞诺丰穆萨斯（Xenophon Moussas）终于办妥了所有手续，于是我们安排成像小组带着器械前往雅典由于安提凯希拉装置过于脆弱，不能搬动。　　就在这时，博物馆的玛丽扎菲罗普洛（Mary Zafeiropoulou）打来一个电话，让我们备感意外。她说她在地下仓库发现有些箱子里的东西贴着安提凯希拉的标签，问我们有没有兴趣。那还用说！于是，我们拥有的碎片总数一下子便从20块猛增到82块。　　以汤姆马尔兹本德（Tom Malzbender）为首的惠普小组安装了一个神秘的圆顶状玩意儿，直径约1.5米，上面装有一些电子闪光灯，可以从多个不同角度提供照明。该小组借用电脑游戏中一项名为多项式纹理映射（polynomial texture mapping）的技术来增强表面细节。普赖斯觉得很难看清的文字，现在已可清楚辨认；另外，通过调节表面的反光率和照明灯光的角度，还可以进一步增强细枝末节。这些文字其实就是写在外板上的说明书。　　一个月后，X-Tek公司那台重达8吨的X射线扫描机银翼杀手（BladeRunner）运往雅典。为了让装载这台庞然大物的卡车能顺利开到博物馆，当地警方特地清空了雅典市中心的街道。银翼杀手可以进行计算机断层扫描（computed tomography，CT），与医院的CT相仿，但能更好地显示细节。X-Tek公司的罗杰哈德兰德（Roger Hadland）及他的团队还专门改造了这台机器，以使它的X射线功率足以穿透安提凯希拉装置的碎片。这样得到的三维重构图让人惊叹不已。普赖斯只看到了让人摸不着头脑的一堆互相重叠的齿轮，而我们则能分离出碎块内部各层，并看到齿上的微小细节。　　让人意想不到的是，X射线扫描显示，还有两千多个字符深藏在碎片内部。（原本存在的字符估计多达15 000个，现在我们已经辨认并解读出了其中3 000多个字符。）在雅典，穆萨斯与同样来自雅典大学的亚尼斯比察基斯（Yanis Bitsakis），还有历史与古文字学研究中心的阿伽门农采利卡斯（Agamemnon Tselikas）一起，逐步发现了两千多年来人眼一直看不见的文字。其中一段文字翻译出来是螺旋形刻度235，由此证明背面上方的盘面的确是表示默冬历的螺旋图案。借助计算机断层扫描技术，研究人员复原出该装置的大部分结构　　巴比伦系统　　回到伦敦，我便开始研究CT扫描结果。有些碎片显然都是背面下方一个螺旋形盘面的组成部分。该盘面的螺旋线绕了4圈，上面约有220~225个刻度。　　质数223的可能性非常大。古巴比伦人已经发现，月食仅在满月期间才会发生，而一次月食发生223个月后，又会发生一次类似的月食。同样，他们还知道，日食仅发生在新月（农历初一）期间，如果观测到一次日食，他们就可以预测223个新月后会出现另一次日食（不过他们不可能次次都看到，因为日食只有某些特殊的地方才能看见，而且古代天文学家无法准确预报日食发生的地区）。日食和月食按照这种规律反复发生，因为每过223个朔望月，太阳、地球和月亮又会回到以前的排列情况，这个周期名叫沙罗周期（Saros cycle）。　　盘面的刻度之间有一些符号块，几乎全部含有希腊字母（sigma）或（eta），或者两者都有。我很快就明白，前一个字母代表（selene），即希腊语的月亮，表示有一次月食；后一个字母则代表（helios），即希腊语的太阳，表示有一次日食。巴比伦人还知道，在223个月的周期内，日食或月食只能出现在特定的月份，这些月份的分布模式可以预测，中间间隔五个或六个月。盘面上的符号也与此模式吻合。　　现在我需要顺着这一连串线索来研究该装置的核心，看看新认识会把我们引向何方。第一步是要找出这个新沙罗盘的驱动齿轮，它应该有223个齿。卡拉卡洛斯此前估计，在主要碎块的背面上有一个大齿轮可能是222个齿。赖特将齿数修正为223，埃德蒙兹也认同这一结论。配合对其他齿轮齿数的合理估计，再加上一个假想的小齿轮，这个223齿的齿轮便可以完成需要的计算。　　但还有一个重大问题依然无解，事实表明它也是整个齿轮系统中最难解读的一部分。除了计算沙罗周期以外，223齿的大齿轮还带有普赖斯发现的那个行星齿轮系，即两个小齿轮以类似于迪士尼茶杯游乐设施的方式安装在大齿轮上。每个行星齿轮又连接在另一个小齿轮上。让人看不懂的是，所有4个小齿轮的齿数似乎相同，都是50个齿，这看来是没有道理的，因为它意味着齿轮的输出将与输入相同。　　有好几个月，我都一筹莫展。后来我记起赖特曾观察到那两个行星齿轮中的其中一个表面上有一根槽针插入另一个齿轮的槽中。赖特认为，这两个齿轮是绕着相距约一毫米的不同轴在旋转。因此，一个齿轮转过的角度就会忽而比另一个齿轮转过的角度大，忽而又比它小。这样，如果一个齿轮以恒定速度转动，另一个齿轮的转速就会一会儿比它略快，一会儿比它略慢，呈周期性变化。　　异想天开　　虽然赖特放弃了自己的看法，我却意识到这种忽快忽慢的转速恰恰就是古希腊人计算月球运动时所需要的东西。他们依据的是当时（公元前2世纪）最先进的天文理论，通常认为是罗得岛的喜帕恰斯（Hipparchos）提出的。在1609年开普勒（Kepler）发现行星运动定律之前，人们不知道月球轨道是椭圆形，当然更不知道月球在近地点（perigee，即月球离地球最近的一点）附近时速度会加快，而在远地点（apogee）附近时速度将放慢。但古人知道，月球相对于黄道带的运动似乎在周期性地减慢和加快。喜帕恰斯的模型是，月球以恒定速度绕一个圆运动，而此圆的中心又以恒定的速度绕另一个圆运动，这样就与月球视运动的实际情况非常相似了。这种叠在其他圆上的圆称为本轮（epicycle），这一理论也在以后1 800年的天文学界中占了统治地位。　　一个因素导致问题更加复杂：远地点和近地点并不是固定不动的，因为月球的椭圆形轨道大约每9年要转动一整圈。因此，月球返回近地点所用的时间比它返回黄道带中同一点所用的时间稍长一些，两者之差为每年0.112579655转。如果输入齿轮有27个齿，大齿轮的转动幅度就稍稍大了些，而如果输入齿轮有26个齿，大齿轮的转动又稍稍小了些。正确的齿数似乎应在两者之间的中心点。因此我尝试了一种不可能的情形26.5个齿。我按下计算器，得到的结果是0.112579655跟正确的答案完全一样，直到小数点后第9位都完全吻合！这绝不可能是巧合，但是，齿轮的齿数不应该是分数。　　接下来我意识到26.52=53。事实上，赖特已经估计到一个关键的齿轮有53个齿，此时我明白，这个齿数让所有问题迎刃而解。设计者按行星齿轮的方式布置槽针和槽，从而在保持基本转动不变的情况下巧妙地延缓了它的变化周期。这真是一个天才的构想。由于埃德蒙兹的努力，我们还意识到装置背面的行星齿轮系统带动着一根轴，而这根轴又带动另一根连接着装置正面表盘的空心轴转动，这样月球的运动就能够在黄道带盘面和月相显示上表示出来。至此，几乎所有齿轮的齿数都弄清了，但还有一个小齿轮的齿数至今仍是一个谜。　　在进一步研究之后，我们对模型作了一些修改。其中一处修改涉及装置背面默冬历盘面内的一个较小的辅助盘面，它被分为4个象限。当我看到一个象限下面有NEMEA这个词时，第一条线索浮出了水面。美国纽约大学的历史学家亚历山大琼斯（Alexander Jones）解释说，这个词指的是奈迈阿运动会，它是古希腊5大运动会之一。最终我们识别出了刻在盘面4个象限周围的文字，其中最多的是ISTHMIA，它表示在科林斯举办的伊斯米亚运动会，PYTHIA是在德尔斐举行的皮西安运动会，NAA表示在多多纳举行的小型运动会，而OLYMPIA自然是指古希腊最重要的运动会即奥林匹克运动会了。所有运动会都是每两年或4年举行一次。以前我们认为此装置纯粹是数学天文学的工具，但是四年周期盘（Olympiad）这是我们给它取的名字却赋予该装置一种完全出乎人们意料的社会功能。　　在30个残存的齿轮中，有29个用于计算太阳和月亮的各种周期。但是我们在研究装置正面的文字后，也得到了有关重要恒星以及行星升起和落下的大量信息。此外，在装置正面的初级齿轮上，残存的轴承也证明曾存在一个行星齿轮系，它的作用很可能是模拟行星沿黄道的来回运动（以及太阳自身运动的异常情况）。所有这些线索都有力地表明，此装置不仅能够模拟太阳的运动，而且至少还能模拟古代已经知道的5大行星（水星、金星、火星、木星和土星）之中部分行星的运动轨迹。　　赖特制作了一个安提凯希拉装置的模型，它具有与所有5大行星对应的行星齿轮系。但是他的巧妙设计无法与所有证据完全吻合。而且，新模型要多出40个齿轮，结构过于复杂，无法与安提凯希拉装置现存部分那令人惊叹的简洁设计相比。最终答案恐怕仍藏在50米深的海底。　　下面这幅安提凯希拉装置部件分解图显示了该装置已知30个齿轮中的29个，再加上一些推测的齿轮。转动装置侧面的曲柄，便可带动装置中所有齿轮一同旋转，并使装置前面和后面各盘面上的指针移动。蓝色、红色和黄色箭头显示了曲柄的运动如何从一个齿轮传递到下一个齿轮。使用者在装置正面有365天的埃及日历盘面上，或者背面有235个朔望月的默冬历盘面上选择一个日期，然后就可在其他盘面上查看该日期的天象状况，例如月球的位置及月相等。同样，你也可以通过转动曲柄在天文盘面上设定某个事件，然后再查看该事件对应的日期。默冬齿轮系　　用于计算有235个朔望月的默冬历中的月份，并通过装置背面默冬历盘面上的指针（A）显示出来。该指针针尖上的槽针（B）沿着螺旋形凹槽移动，当指针指到依次相连的各个外圈上标示的月份时，就会逐渐变长。辅助齿轮（C）使一个较小盘面上的指针（D）转动，指示奥林匹克及其他运动会的4年周期。其他齿轮则带动另一个小盘面上的指针（E），作用可能是指示一个76年的周期。　　月球齿轮系　　这个系统包括若干行星齿轮，用于模拟月球运动的变化。行星齿轮装在一个较大的齿轮（A）上，宛如迪士尼乐园疯帽匠的茶杯游戏中的那些杯子。一个齿轮通过槽针槽机构（B）使另一个齿轮转动。然后此运动通过其他齿轮传递到安提凯希拉装置正面。另一个行星齿轮系（C）带动一个半黑半白的球（D）旋转，以显示月相，而指针（E）则显示月球在黄道带盘面上的位置。　　日月食齿轮系　　用于计算有223个朔望月的沙罗周期中的月份（沙罗周期是日食和月食重复发生的周期）。它通过一根与默冬历盘面上的指针相仿的可延长指针（A）来显示沙罗盘面上的月份。辅助齿轮则使一个小盘面上的指针（B）移动。这根指针每过223个朔望月便转1/3圈，表示相应的月食发生时间将推迟8小时。　　与阿基米德有缘？　　安提凯希拉装置来自何处？它出自何人之手？这些问题仍是一个谜。那艘沉船上的货物大部分来自古希腊东部的帕加马（现土耳其境内）、科斯岛和罗得岛。人们理所当然会猜想喜帕恰斯或罗得岛的另一位天文学家设计了这个装置。但是隐藏在默冬历上235个朔望月刻度之间的文字却对这种观点提出了挑战。某些月的名称仅在古代希腊的特定地方使用，从而暗示安提凯希拉装置应该是来自科林斯。如果该装置来自科林斯本地，那么几乎可以肯定，它出现在公元前146年罗马人彻底毁掉科林斯之前。更有可能的是，安提凯希拉装置制作出来是为了在希腊西北部或西西里岛某个科林斯殖民地使用。　　西西里岛的可能性相当大，岛上的锡拉库萨是古代最伟大的科学家阿基米德（Archimedes）居住的地方。公元前1世纪，罗马政治家西塞罗（Cicero）讲述了公元前212年阿基米德在锡拉库萨遭围攻时遇害的经过，并提到打了胜仗的罗马将领马塞勒斯（Marcellus）仅拿走了一件战利品，即阿基米德制作的一台天文仪器。会是安提凯希拉装置吗？我们认为不是，因为该装置看来是在阿基米德去世好几十年后方才问世。但它有可能是遵循阿基米德开创的仪器制作风格打造出来的。　　普赖斯当年在《科学美国人》撰文介绍安提凯希拉装置时曾写道：　　古希腊人在他们创造的灿烂文明即将衰落之前，竟然发展到如此接近现代水平的地步，不仅在思想方面，而且也在科学技术方面，真让我惊叹不已。　　而我们的发现则证明，安提凯希拉装置之接近现代，甚至超过了普赖斯的想象

从秦汉方士的隐身术，到哈利波特的隐身衣，再到军事上的隐形飞机，哪些是幻想魔术？哪些是科学前沿？人类是否能拥有变身隐身人的超能力？超能力又该如何实现？在SELF讲坛的舞台上，来自中科院物理所的研究员陆凌展示了现代隐身术的奇妙之处。以下内容为陆凌演讲实录：大家下午好，我想先问大家一下，大家想不想隐身呀？我想很多回答想的朋友，一定是科幻电影看得比较多，想象自己得到一种超能力。那么今天我想给大家介绍：隐身其实是一门技术活。让我们先从历史开始讲起，从古至今，隐身一直是人类的一个梦想，中国早在秦汉时期就有对隐身术的记载。当时的道家方士们，他们追求长生术的同时也研究过隐身。那现在看来，当时的那些方法和方式都是接近可笑的。有一个非常经典的例子就是一叶障目，说的是有这样一个隐身的方子：如果你找到了螳螂在捕蝉时候用来伪装自己的那片叶子，你攥在手心里，放在眼前，周围的人就看不到你了。古代确实有一个书生这么做了，他立刻跑到集市上去拿东西，那结果也可想而知，也就留下了一叶障目这样一个笑话。但话又说回来，中国古代很多哲学思想确实是隐身的思路，第一个就是天人合一：天人合一说的是人和自然、环境的一个完美融合，如果你做到这一点你就可以隐身。大家看一下后面的这张图片，是在长城上拍摄到，如果你仔细看，在画面的中央，有一个行为艺术家，他把自己做上人体彩绘，巧妙地和周围的城墙、山景融合到了一起，所以从这个角度你很难发现他的存在。第二个例子更加有意思一点，那是在三四年前，四川有一个派出所，他们接到了一个电话，说家里的两个小孙子不见了，找了大半天也找不到，结果民警就在山脚下的一个泥池塘里面发现了他们两个，他们玩得正欢呢。大家可以看到这是其中的一位，因为他身上裹着很多泥浆，还有泥土，和周围的山景完全融为一体了，所以怎么找也找不到。所以有网友们就戏称，这两个小隐身人长大了肯定是特种兵的好料子。那这两种方式就是不太干净，因为你最起码回家都得洗个澡，那么有没有不用洗澡的隐身术呢？这位先生做的这件事情就很聪明，他拿着自己的平板电脑走到了山上，巧妙地将背后摄像机拍到的画面展示在了前面的屏幕当中，然后从这个角度看过去，似乎你就看不到他的脸了，而后面的天空的景象依然非常完整。那毕竟这个小的显示屏它的面积是有限的，所以他能隐身的区域也依然是有限的，我们可以暂且称他为是小隐，那么怎么才能大隐呢？中国古人云：小隐隐于山，大隐隐于市，确实是这样。现在韩国正在建造一幢摩天大厦，他们称之为隐身大厦，它隐身的原理也跟之前提到的是一样的，将非常多的电子显示屏铺满整个大厦的外墙，所以如果你360度将背后的景象显示在它的墙体上的时候，你就看到右边这张图所显示的这样一个隐身的效果——一幢摩天大厦在城市的正中央消失了。当然这么做的代价是非常高的，也非常耗电，其实大自然中就隐藏着更高超的隐身技术。下面这段视频是在海底拍摄到的，现在在画面的正中央是一个珊瑚，然后有一条小鱼游了过来，似乎什么都没有发生，但如果你靠得更近的时候，哇！你看到原来是有一只白色的章鱼，它受到了摄影机的惊吓之后吐出了一口墨汁然后游走了，当它游到这边的时候张开它的躯体，你就会清楚地发现它的颜色和图案都是可以瞬间变化的，是不是非常的神秘？这是一个慢动作倒播的一个画面，可以看到这个软体的章鱼可以在三维立体各个方面变换自己的形态、表皮的颜色、图案、甚至是表面的一些微小的结构，以至于说你知道它就在那里，但是你依然无法分辨它和它生存的环境，那么章鱼究竟是怎么得到它的隐身术呢？奥秘就在它的表皮结构当中。这一张章鱼表皮的图像，你看到的是非常多成千上万的小的色素块，有的是黑色，有的是棕色，也有白色的底色，还有青色和黄色的效果，它的奥秘是因为它是软体组织，所以它可以瞬间张开或者缩小这些小的色素块，以至于达到在某个时候是白色的底色，或者棕色的表面颜色。当然它还有非常多其他的结构和颜色的变化能力，那么它背后的物理原理呢？原来章鱼的表皮是分非常多层的，每一层都有不同颜色的色素块，但同样的是它每一个色素块都跟周围的肌肉组织紧密相连，所以它可以瞬间拉伸或者缩小这些颜色，而之前和之后的面积差别可以达到一百倍。那现在我们非常清楚了这个章鱼隐身的本领，那么下面就让我们玩一个找章鱼的小游戏。大家看一下这是另外一段视频，这个时候依然是在水下，但是更加的高清、更加的彩色。大家能不能看到一条章鱼？其实作为这只章鱼，我觉得它一定也很郁闷，我已经做得如此之完美了，居然大家还能够找到我，所以有了章鱼这样的一个演示之后呢，我们不难想象在不久的未来，我们会有像电子皮肤、电子衣服这样的隐身科技或者产品出现。现在我们穿的衣服，可能很多是猪皮、牛皮，以后大家拎着一张章鱼皮就可以出门了。其实不止是章鱼，所有的这些头足动物门、软体动物，常见的比如说像鱿鱼、乌贼，它们都有类似的变换能力，但是从严格意义上讲，它们都是一种伪装术，并不是一种高级意义上的隐身，因为你毕竟是可以看到它的，只是你无法分辨它和它所在的环境。那么更高级的隐身术其实也可以用中国古人的思想来阐述，老子用“上善若水”来表达对水的敬意和赞美，那确实你看到，水从它的源头慢慢地流到你的跟前，一路上其实经过了千难万险，因为有岩石、有峭壁，但是它都可以非常平静地绕过这些障碍物来到你的面前，而当你看到它的时候，你并不知道它所经历的过程。那隐身术也希望做到同样的事情——就是让原本直线传播的光线达到一个绕行然后继续前行的效果，这听起来非常的梦幻，但是它其实并没有那么难做到。这是一段演示实验，是在罗切斯特大学拍摄的，现在在画面的正中央，大家看到的是一个大男孩靠着墙站着，但是其实就在他的跟前站着一个他的弟弟，但大家刚才就看不到他，那现在把两个人的位置互换一下，现在大家看不到这个大男孩的腿了，但是后面却蹲着他的弟弟。这是为什么呢？其实原因也不难理解，因为正在这个小男孩的面前放置着两面镜子，但大家没有注意到的是边上还有另外两面镜子来辅助这样的一个隐身实验。它的原理图就展示在左边，在熊猫这个位置是隐身的，蓝色的几根线代表的是四面镜子，它们两两互相成直角并排放着，红色就是光行进的路线，可以看到当观察者在屏幕的下方的时候，你看到光是经过了四次的反射绕过了这个熊猫所在的区域，但是你却依然能够看到背后的景象，这就是刚才这个实验的基本原理。其实在座的每一位你们回家都可以做这个实验，你只要取四面镜子，放置成这样的位置就可以拿来做这样的隐身的实验，因为只要躲在这个小熊猫在的地方，大家可以看到光线就可以绕开你。那么如果我将刚才的四面镜子扩展到八面，就是在屏幕的上下方做了一个镜像，那就可以看到在小熊猫的这块空间已经完全被孤立起来了，这块空间你是完全看不到的。但是这要求的是观察者在你的左手方或者右手方，就是对两个方向你达到了隐身的效果，那如何才能在所有的方向达到隐身呢？这是一个更巧妙的设计，是我在浙江大学的合作者陈红胜教授他的一个构思，这个思路就是有六块玻璃，你把它组成一个六角形的柱状结构，从光线行进的演示可以看到，在中间的这块区域就是隐身的。这块隐身的结构它能给我们带来什么样的视觉震撼呢？这是在鱼缸的侧面拍摄的一个画面，那鱼缸里肯定是有鱼的，那鱼在哪里呢？现在小鱼露出了半个脑袋，但它的身体依然看不见，但你却能看到后面的水草清晰可见，现在小鱼开始卖关子了，它不愿意出来，所以把它赶出来，现在它出来了，是不是很神奇？它是活生生的一条鱼，而且它的身体表面的颜色是非常之鲜艳，但是在这样一个白色的布景、充分光照的情况下你却看不到它。这是刚才这个实验的一个原理图，就是把这个六角形的隐身装置放在了鱼缸的中间，所以当小鱼游进这个柱状体的时候，在鱼缸一侧的观察者却只能看到背后的水草，而看不见这条小鱼。那么刚才我演示的这些实验都是在可见光的波段，也就是人眼能够看到的这个波长范围，比如说你们现在能看到我，这是因为有灯打着我反射到你们的眼睛里面，你们才能看到我，如果现在让工作人员把所有的灯光全部关掉，大家就看不见我了。但是如何才能观察呢？其实刚才梁老师的这个报告里面就讲到了这样一件事情，那就是夜视的基本原理。如果你用红外照相机来拍摄黑暗中的人的话，依然可以看到它的图像，因为人是发热的，就像我一样有体温，我不断在发出红外波段的电磁波，就能用红外相机捕捉到。那么这样的一个结构对红外的成像能看到什么样的图像呢？这是两张红外相机拍摄到的图片，上面这张看到的是一只小老鼠，大家可以看到它的体温是热的，那下面这张它有一半的身体是坐进了这个隐身结构里面，所以你完全看不到它，所以就算是夜视镜，你也看不到这个在隐身区域的物体或者人，那这个结构可以说是非常好了，因为它能做到可见光、红外光都隐身。但是它的缺点在哪里呢？他缺点在于它还是只能在六个方向达到隐身的效果，如果你的角度稍微偏折一些，五度到十度，这就不起作用了，那么更加完美的隐身需要做到的是各向同性的这样一个效果，也就是这样一个柱状体、圆形的一个结构，这样才能达到在中间这块区域是和外面完全在光学上隔绝，对于任何角度的观察者都不能发现它。那么这样的一个完美隐身的要求，其实对科学家们的挑战是非常非常大的。所以在原理上，我们就必须摒弃刚才所说的，光用直线来描述这样一个几何光学的概念，因为这只是一种近似，我们现在需要充分考虑光的波动性，因为从微观的角度来说，光线你仔细看，它在微观都是电磁波，也就是电场在时间和空间上的一个周期的运动，在考虑了所有这些因素之后，经过了很多的努力，右边是学生做的一个理论的仿真动画，这里的红色和蓝色的条纹，表示的就是这些电磁波的波峰和波谷，所以你看到的其实是一束波从左边传来，从右边出去，但对中间这个隐身的区域，它是完全侦查不到的，可以说是达到了完美的隐身的效果。说到完美，我想问一下在座的各位，大家有没有像我一样，是一直在追求完美的人，还是有很多人都举手了。在追求完美的过程中，大家可能会有体会——完美需要付出代价的。对于这样的一个例子来说，它看上去似乎是完美的，因为各个角度都能隐身，那它付出的代价是什么呢？这里我提三点：第一是它只对一个固定波长能达到隐身的效果。可以看到，如果我们将这个红蓝之间的间隔，这个波长变大或者变小的话，很容易想象，它就无法从左到右这么完美地透射了，也无法把周边都匹配得这么好；那么第二点是这一类绕行的隐身术它的一个通病，也就是说隐身是相对的，在里面如果有一个人的话，他不能被外面的观察者看到，但是在里面，我一样什么都看不见，我也侦查不到外面的图像；第三点涉及到实际的应用，比如说我们在军事上希望让一架飞机隐身，就像图上看到的这样，那我们就把这架飞机放在这个隐身结构的正中央，但是大家看一下会带来什么样问题呢？从几何的比例上就会发现，你需要造一座足球场放在它的周围，才能让这架飞机做到隐身。这个实际上是非常困难，或者说几乎是不可能的，那么怎样才能让一架飞机完美的隐身呢？或者说现在最好的科学技术能做出什么样的隐形飞机呢？下面我们就来介绍一下现在所谓的隐形飞机的隐形基本原理，首先他对飞机的探测是在微波阶段，微波就是大家用的微波炉或者手机这样的信号，用的是雷达，那么它侦查的原理是从不同的方向往空间发出电磁波，这时候如果来了一架民航飞机，那一定会有部分的电磁波是往原路反射的，然后会被刚才的这个雷达探测到，我们就知道在多高的高空、多快的速度有一架飞机正在飞行。那如果现在敌方来了一架侦察机，它是一架隐形的飞机，隐形飞机的外表形状和涂层都是经过严密的设计，它的反射波绝对不会沿着原路返回，它会被吸收掉一部分，然后反射的部分往其他的方向去了，所以对这一个雷达来说，它确实是隐形了。但是聪明的观众可能也能看出来，如果我在四面八方、天上地下、山上都放上这样的雷达，成为一个雷达网络，并且他们之间协同工作，那么现在是没有一个技术能够让一架飞机真正在天空中消失的，正是带着这样的一个想法或者问题，我和我在浙江大学的合作者叶德信教授去年找到了一个不一样的思路，我们设计了一种隐身材料，就像画面中看到的一样，由隐身材料组成的这个结构，可以是任意大小和形状，所以在这里，我们把它画成了一架飞机的形状，为了配合刚才的这个题目，它一样可以是坦克、或者一个建筑，但是无论怎样，电磁波都会完美地穿透它继续前行，不发生任何的改变。更难能可贵的一点，在实验上它也非常容易实现，因为它所需要的材料就两种，一种是铜，一种是常见的塑料，当然这里的细节的结构和连接方式都是非常仔细设计过的，这样的一个复合材料，它达到的一个效果是电磁波在这个材料里传播的速度和在空气中是完全一样的，所以对于电磁波来说这两种材料其实是一种材料，所以，也就是为什么我可以把它做成任意的形状或者大小，它都不会对电磁波产生任何的干扰。这也就和刚才所谓的光线绕行的思路完全不一样了，这里是完全敞开的一个设计，那这样的隐身材料，不但在军事上会有很大的潜在应用前景。其实跟在座每一位的生活也都息息相关，我想大家有没有这样的体验，总是抱怨这里网络的信号不好、手机的信号不好，或者说大家在家里装了一个新的无线路由器，你在路由器附近上网的速度非常快，那你到其他房间、其他角落，你就发现信号很弱上不了网，或者说当你一边打着手机一边走进电梯的时候，我想大家都有这样的心理准备，就是这个信号会断，那这些都是因为同一个问题，就是我们现在用的建筑的墙体，或者说铸造这个电梯的这个金属材料，它都不是这样的隐身材料，它都会强烈的散射、或者阻拦电磁波的传播，所以可以想象，如果我们用这样的一个复合材料做成我们的建筑或者电梯的材料，那么在我们的生存空间里面就不需要这么多的路由器，也不需要这么多的信号发射塔，就能更有效更节能的通讯了。那到最后希望经过这一系列的介绍，我希望大家跟我一样有信心，也就是说隐身在未来将不再是一种超能力。谢谢大家。