当你的想象力模糊不清时，你不能信赖你的双眼。

——马克·吐温（Mark Twaiin）

在《星舰迷航Ⅳ：抢救未来》（Star Trek IV： The Voyage Home）中，一艘克林贡（Klingon）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“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，然后突然袭击而自身毫无损伤。这一隐蔽装置给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《隐行人》的字里行间到《哈利·波特》系列中神奇的隐身衣，或是《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物质的属性。

但如今不可能或许能成为可能。一种在“超材料”（metamaterial）上取得的进步正在有力推动一场光学课本的大规模修订。这一材料的应用雏形其实已经在实验室中建立了，工业领域和军事领域在被媒体激起巨大兴趣后，正在将可见物变得隐形。

历史上的隐形

隐形或许是古代神话中最古老的概念之一。自有史以来，独自度过令人不寒而栗的夜晚的人们便会被看不见的死者灵魂、早已离世之人潜伏在黑暗中的魂魄所惊吓。希腊英雄珀尔修斯（Perseus）在武装了可使人隐形的头盔后得以杀死邪恶的美杜莎（Medusa）；军队将领们一直梦想拥有隐形装备，因为隐形后可以轻易地突破敌人防线，并且出其不意地赢得胜利；罪犯们可以利用隐形来实现巧妙的偷盗。

隐形在柏拉图（Plato）的伦理道德理论中起着中心作用。在他的哲学杰作《理想国》（The Republic）中，柏拉图详细讲述了裘格斯戒指（ring of Gyges）的神话。吕底亚（Lydia）贫穷但诚实的牧羊人走进了一个隐蔽的山洞，发现一座坟墓里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所控制。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。

柏拉图想要述说的寓意是：没有人能够抗拒可以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构建。一个人或许可以在公众面前表现得道德以维护他正直诚实的名誉，可一旦他具有了隐身的能力，运用这种能力便势在必行（有些人相信这个伦理故事是J. R. R·托尔金《指环王》三部曲的灵感来源，在这部作品中，一枚能给予佩带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《飞侠哥顿》系列中，飞侠隐身以摆脱酷明（Ming the Merciless）的行刑队；在《哈利·波特》系列小说和电影中，哈利披上一件特殊的袍子好让他在霍格沃茨城堡中漫步而不被发现。

H. G. 威尔斯以他的经典小说《隐行人》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，并且最终在试图逃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詹姆士·克拉克·麦克斯韦——19世纪物理学界的巨人之一的研究成果问世，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，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”的语言来表述，描述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。麦克斯韦抱着清晰的目标开始了工作——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可以转变为磁场且反之亦然这一发现着手。他采用了法拉第对于力场的描述，并且用微分方程的精确语言重写，得出了现代科学中最重要的方程组之一。它们是一组8个看起来十分艰深的方程式。世界上的每一位物理学家和工程师在研究生阶段学习掌握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：如果磁场可以转变为电场，并且反之亦然，那若它们被永远不断地相互转变会发生什么情况？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，发现那正是光的速度！在1864年发现这一事实后，他预言性地写道：“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。有史以来第一次，光的奥秘终于被揭开了。麦克斯韦突然意识到，从日出的光辉、落日的红焰、彩虹的绚丽色彩到天空中闪烁的星光，都可以用他匆匆写在一页纸上的波来描述。今天我们意识到整个电磁波谱——从电视天线、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，这是“自牛顿时代以来物理学家经历的最深远、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之一，在48岁英年早逝，死于肺癌——这很有可能也是在同样的年龄夺取他母亲生命的疾病。如果他能活得更久，他或许能发现他的方程式在允许时间和空间变形的情况下会直接得出爱因斯坦的相对论。想到麦克斯韦要是能活得长久一些，相对论在美国内战期间就可能被发现，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形作出了简单的解释。在固体中，原子是排列紧密的，而在液体或气体中分子的分布较为松弛。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例外情况。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可以让光线能穿过水晶网格。所以，虽然水晶和任何固体一样结构排列紧密，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冷却它们来实现。比如，玻璃是一种由于其原子被随机排列而具有许多液体性质的固体。某些糖果也是通过这个方法变得透明的。

显而易见，隐形是一种在原子水平通过麦克斯韦方程发生的属性变化，因此使用普通的办法来重现会极端困难——如果并非不可能实现的话。想要让哈利·波特隐身，我们必须先将他液化，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：开发隐形技术，使飞机在雷达上隐形。隐形技术依靠麦克斯韦的方程式创造了一系列戏法。一架隐形战斗机在肉眼中完全可见，但它在敌军雷达上的雷达图像仅有一只大鸟般大小（隐形技术实际就是一堆障眼法的大杂烩。通过改变战斗机内部材料——减少金属含量而用塑料和树脂替代、改变机身的曲度、重新调整它的排气管等等，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。就算有了隐形技术，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）。

超材料与隐形

不过，隐形技术中最大有可为的新进展或许是一种叫做“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，因为它违反了光学定律。然而，2006年，北卡罗来纳州的杜克大学（Duke University）和伦敦帝国理工学院（Imperial College）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，但我们有史以来头一次拥有了能使普通物体隐形的方案（五角大楼的国防高级研究计划署［The Pentagon’s Defense Advanced Research Project Agency，DARPA］资助了这一研究）。

微软（Microsoft）的前首席技术官纳森·梅尔沃德（Nathan Myhrvold）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平面、同心圆的铜圈中（有些像电炉的圈环）。结果是产生了陶瓷、特氟龙和混合纤维组成的精细混合物，铜条中的微型植入体使其可以用特定的方式弯曲和引导微波辐射。想象一下围绕一块巨石流动的河水。由于河水迅速绕过巨石，巨石会被朝着下游冲走。同样的，超材料可以不断改变和弯曲微波的路径，这样它们就绕着一个——比如说，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，那么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个覆盖铜电元素的玻璃纤维环组成的装置演示了这一原理。一个装置内部的铜环几乎在微波辐射下完全隐形，只投下了非常小的影子。

超材料的核心是它能够控制一种叫做“折射率”的事物。折射是当光线穿过透明媒介时的偏折。如果你把手伸入水中，或者透过眼镜的镜片看自己的手，你会注意到水和玻璃扭曲并弯折了寻常光的路径。

光在玻璃和水中会弯折的原因在于光进入一个密集、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，因此速度就慢了（被在媒介中减速的光所分割的光速称作折射率。由于光在玻璃中减速，其折射率永远大于1.0）。例如，真空中的折射率是1.0，在空气中是1.0003，在玻璃中是1.5，在钻石中是2.4。通常，媒介密度越高，弯曲的度数越大，于是折射率也越大。

折射率常见的实例之一就是海市蜃楼。如果你在炎热的天气开车并直视地平线，道路看起来可能会像是有微光闪烁，造成水光粼粼的湖面的幻像；在沙漠中人们有时能看到远处的地平线上有城市和山岳的轮廓，这是因为从路面和沙漠升起的灼热空气密度低于正常空气，因而折射率比周围较冷的空气要低，这样，来自远方物体上的光线会被从行道上折射到你的眼中，造成你正看着远方事物的假象。

通常，折射率是一个常数。当一束窄小的光线进入玻璃时会被弯曲，随后保持以直线前进。假设你可以任意控制折射率，那么它便能在玻璃中的任意一点不断改变方向。当光线在这个新的材料中移动，光能被弯曲并向不同的新方向流动，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，那是所有光学课本中都写明不可能的事物（超材料是在1967年由苏联物理学家维克托·韦谢拉戈［Victor Veselago］在一份论文中首次理论化的，并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［reversed Doppler effect］。超材料是如此的古怪和反常，以至于它曾被认为是不可能制成的。但在过去几年中，超材料已经确实在试验室中被制造出来，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进入市场。答案是：近期不会。

杜克大学的大卫·史密斯（David Smith）说：“记者们打来电话，他们只是需要你说出一个数字。所需的月数，所需的年数。他们不停地追问追问再追问，于是你最后说：嗯，大概15年。如此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。”这就是为什么他现在拒绝给出任何详细的时间表。《哈利·波特》和《星舰迷航》迷们或许不得不等待。当真正的隐身衣在物理定律的范围内已经成为可能，大多数物理学家认为，这一技术面前遗留的难以克服的技术障碍将是：把研究拓展到可见光，而不只是微波。

通常，被植入超材料中的内部组件必须小于射线的波长。比如，微波的波长可达约3厘米，因此能够弯曲微波路径的超材料必须具备被植入小于3厘米的微型植入体。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隐身衣的尝试中要面临的关键问题。超材料中的单个原子必须改进，以把光束弯曲成蛇形。

可见光范围的超材料

竞赛在继续。

自从宣布超材料已经在试验室中被制造成功后，这一领域内已是风起云涌，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能弯曲可见光而不只是微波的超材料。已经有数种方案被提出，全都很有前景。

有一种方案是使用现成的技术，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”（photolithography）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超过拇指大小的硅芯片上。

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。这一技术很像模板被用于生产彩色T恤的技术（计算机工程师从一块薄片开始入手，随后将多重材料组成的极薄外层置于其上。然后薄片被覆上一层塑料模，作为模型。其中包括电线、晶体管和组成电路系统基础架构的计算机零件的复杂轮廓。接着，薄片被放置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，塑料模上的复杂电路就被蚀刻到薄片曾经暴露在紫外线光的部分上。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，使用这一蚀刻方法能够制造出的最小部件尺寸大约30纳米（或合长度约150个原子）。

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。

爱荷华州艾米斯试验室（Ames Laboratory）的物理学家科斯达斯·苏库勒斯（Costas Soukoulis）与德国卡尔斯鲁厄大学（University of Karlsruhe）的史蒂芬妮·林登（Stefan Linden）、马丁·瓦格纳（Martin Wegener）和冈纳·道林（Gunnar Dolling）创造出了一种在波长780纳米的红光下具有－0.6的负折射率的超材料（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，然后涂上一层银、一层氟化镁，随后再上一层银，形成了一个只有100纳米厚的镁“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型孔，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，他们把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“有朝一日或许会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”的直接应用将是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。理想的是，人们将得以获得DNA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（X ray crystallography）。

到目前为止，科学家已经证实了红光的负折射率。他们下一步将是使用这一技术制造一种能将红光完全弯曲绕过一个物体的超材料，使该物体完全在红光下隐形。

顺着这些道路进行，进一步的发展可能会发生在“光子晶体”领域内。光子技术的目标是创造出使用光，而不是电的芯片，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，这样折射率就会根据每一个部件而变化。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，必须不断给它们降温，否则就会失灵。让它们保持低温费用高昂）。不出意料，光子晶体科学非常适合超材料，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

尽管还没有作出超越，但还是有另一个科研小组在2007年中宣布他们已经使用一种完全不同的方法制造出了一种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（Cal Tech）的亨利·列兹克（Henri Lezec）、珍妮弗·迪昂（Jennifer Dionne）和哈利·爱特沃特（Harry Atwater）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。

等离子体光子的目的是“挤压”光，使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，电子会和原始的光束一致地振动，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一致地振动。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），但是波长却小得多。从理论上来说，我们随后可以将这些被挤压了的波塞入纳米线中。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，而非使用电进行运行的计算机芯片。

加州理工学院的小组使用两层银制造了他们的超材料，中间有一硅镍绝缘层（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的角度，我们可以证实光是被以负折射率弯曲的。

超材料的未来

超材料的进步可能会在未来加快，简单来说是因为在创造使用光束和非电力的晶体管方面目前已经存在巨大的需求。对于隐形的研究因此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。

随着在这一领域内每隔数月就产生突破，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试验室中产生，这并不让人惊讶。举例来说，科学家们自信在未来几年内将能够创造出可以使物体至少在二维中完全在一种可见光频率下隐形的超材料。要做到这点，微型的纳米植入体必须不被固定为常规的阵列，而是以繁复的形式排列，这样光束将会平滑地围绕一个物体弯曲。

下一步，科学家们必须制造出能在三维中弯折光线的超材料，而不仅仅是在平面的二维表面。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，科学家们必须解决一个难题——制造出能弯曲不止一种、而是许多种频率的超材料。这可能是最困难的一步，因为到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。对这一问题的解决方法还不太明朗。

不过，一旦隐形盾牌最终被制成，它或许会是一个笨重的装置。哈利·波特的隐身衣是用轻薄、柔韧的布料制成，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要随着它的飘摆不停改变，而这是不切实际的。真正的隐身“衣”更有可能是用超材料组成的固体圆柱体构成的，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、能够扭曲而且仍旧使内部穿过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，哈利·波特全身都隐形，只有眼睛除外，它们看上去飘浮在半空中。任何隐身衣上为眼睛挖出的洞都能从外面清楚地看见。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或许是在眼洞附近的位置放置两块玻璃片。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分光走，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周围流走，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）。

科学家和工程师们对于在未来几十年中制造出某种形式的隐身盾牌非常乐观，其程度抵得上这些困难所造成的悲观。

隐形和纳米技术

就如我先前提到的一样，隐形的关键或许是纳米技术，也就是说操控十亿分之一米直径的原子尺寸结构的能力。

纳米技术的诞生要追溯到1959年一场由诺贝尔奖得主理查德·费曼（Richard Feynman）向美国物理学会（American Physical Society）所作的讲座，标题俏皮讽刺——“在底层有着巨大的空间”。在那场讲座中，他预测了符合已知物理定律的最小机械可能呈现的形态。他意识到机械能做得越来越小，直到它们达到原子间距，然后原子可以用来制造其他机械。“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，尽管它们会极其难以制造。

纳米技术衰落了一些年头，因为操控单个原子超越了当时的技术水平。但是，在1981年随着扫描隧道显微镜（scanning tunneling microscope）的发明，物理学家作出了一个突破，它为在苏黎世（Zurich）的IBM实验室工作的科学家盖尔德·宾尼（Gerd Bining）和海因里希·罗雷尔（Heinrich Rohrer）赢得了诺贝尔奖。

突然间，物理学家获得了单个原子们排列成化学书中的模样的惊人“图像”，这是曾被原子理论的批评者们认为不可能的情形。排列在水晶和金属中的原子的绚丽照片如今已成为可能。科学家们常常使用的化学式中有一系列复杂的原子包裹在一个分子中，可以用肉眼看见。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，“IBM”三个字母被使用原子给拼写了出来，在科学界制造了一阵轰动。科学家们在操控单个原子时不再茫然了，而是能够确实看到它们，与它们嬉戏。

扫描隧道显微镜简单得出乎意料。就如同一根唱针扫过一张唱片，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，到底层表面。当探针通过单个的原子，流过探针的电流量便有所不同，这些变化被记录下来。电流在流过一个原子的时候有涨有落，如此便极其细致地探出它的轮廓。在许多的流通后，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。通常电子不具有足够从探针通过物体、到达底层的能量。但由于测不准原理［uncertainty principle］，存在着电流中的电子能“钻道”或穿透障碍的微小可能性。这样一来，流过探针的电流就对于材料中的微型量子效应敏感。稍后我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以移动独立的原子，创造出由独立原子组成的简单的“机械”。这一技术非常先进，如今原子团可被陈列在屏幕上，随后只需移动电脑的光标，原子就能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之外，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碳做的巴克球（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。

使用电子束雕刻原子装置也是有可能的。例如，康奈尔大学（Cornell University）的科学家们已经制造出全世界最小的吉他，比一根头发要小20倍，用水晶硅雕刻而成。它有六根弦，每根有100个原子粗，这些琴弦可以在原子力显微镜（atomic force microscope）下弹拨（这把吉他确实可以弹出音乐来，但它产生的音频远远高过了人耳的听力范围）。

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制造出来。但许多工程师信心十足地认为，我们能够制造真正的原子机械的一天终将到来（原子机械其实在自然界已被发现了：细胞可以在水中自由游动，因为它们能够摆动细微的毛。但是当我们分析毛和细胞之间的连接处时，我们会看到事实上是一个原子机械使毛能朝各个方向移动。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，或者一块他身前的屏幕上。从前面看起来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（Tachi Laboratory）的川上直树（Naoki Kawakami）一直在为这一方法努力工作，这种工艺被称为“视觉伪装”（optical camouflage）。他说：“这将被用于帮助飞行员透过机舱地板观看下面的跑道，或者帮助试图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影象拍摄下来，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。如果你直视一个穿着这件银幕似的袍子的人，那个人看起来会像是已经消失了，因为你看到的只有他身后的东西。但是如果你将视线稍微动一动，而袍子上的图像不会改变，这就让你知道那是个假象。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）。如果周围景色被一个特殊的全息照相机拍摄下来，随后全息图像被投射到一个人身前的一整片全息银幕上，那么这个人可以处于隐身状态。站在那人跟前的观看者会看到有着背景景色3D图像的全息银幕，人本身缺省。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涉的激光分裂成两片而产生的。一半的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。当这两股光束在胶片上产生干涉，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。胶片上随后会出现错综复杂的蜘蛛网样（看上去不怎么像）回旋和线条。但是随后会有一束激光被投射到这张胶片上，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1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

我们还必须说说一种更为复杂的隐形方法，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（在本书中我稍后会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，从四维空间的有利地点在其之上翱翔呢？就像一只三维的蝴蝶在一张二维的纸片上面飞舞一样，我们对于任何生活在我们下方宇宙中的人都是隐形的。这个想法有一个问题：高维空间的存在尚未被证明。而且，去往一个更高维度的假想旅行需要的能量远远超过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，这一方法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，或者至少这个世纪之内，某种形式的隐形将会变得稀松平常。