在科幻电影中常常会出现关于透明人的剧情。那么,透明人在现实生活中可能实现吗?
一提到“透明”,可能就只会想到是指没有任何颜色的状态。但是,如果“透明”是指“能够透过该物体看见其身后的物体”的话,那应该还存在着所谓的“有色透明”,即带有颜色的透明状态。
这里,我们仅针对无色透明的状态来进行思考。(下文所提到的透明,都是指无色透明。)
英国的科幻作家赫伯特·乔治·威尔斯于1897年出版的小说《透明人》(也作《隐身人》),就是以下面的描述来开场的。
怪物!
是的,一定是怪物。
如果不是怪物的话,又能是什么?在科学发达的今天,不可能使用的是东洋忍术,但是就这么凭空可以让自己消失的人,也真的是太奇怪了。
奇怪!
但是,又真的是确有其事。这怪物起先只是在人烟稀少的乡下活动,可没多久,就在镇子上出没了。其引起了前所未有的骚乱。
这怪物的样子却完全无法被看见。就像一个空隙、一块玻璃,不,应该说就像空气一样,是透明的。
小说中的主人公通过实验发明出了能让身体变透明的药物,结果使自己成了透明人,其实在现实中这种透明人是不存在的。但在生物界,确实有身体接近透明的物种。比如一种叫作“玻璃猫鱼” 的淡水鱼,其身体除了头部以外都是没有色素的透明状态,我们甚至能看见其身体内的骨头与内脏。
玻璃猫鱼
变成透明人的话,必须让整个身体都变成与空气一样,对光线有着相同折射率的状态才行。
如果身体的折射率与水的折射率一样,由于水对光线的折射率大于空气的折射率,就会让透明人的身体轮廓显现出来。因此,要想实现完完全全的透明状态,就必须让身体的折射率变得和空气一样。
人类的眼球中有能起到类似镜头作用的晶状体,而晶状体是由被称为“晶状体球蛋白”的透明状蛋白质组成的。这使得晶状体的折射率会比水还大一些。而眼角膜与玻璃体则与水有着相近的折射率。
折射率
在空气中传播的光线,经过晶状体的折射后,在视网膜的细胞上成像(其吸收光线后,会将亮度信号与颜色信号传递给大脑),而如果晶状体的折射率与空气相同,就只会让光线直接穿透晶状体以及视网膜的部分。无法捕捉物体反射的光线,就会导致我们无法用眼睛看见物体的形状。
如果威尔斯小说中的主人公真的存在的话,也一定是有着非常致命的弱点的人。
另外,如果他肚子饿了,就必须自己去四处找东西吃。因为谁都看不见他,所以也没法给他食物。而且,吃东西的时候,由于食物在体内的消化过程并不是透明的,所以马上就会被人发现。
眼角膜、晶状体、玻璃体等的折射率
我们人类的眼睛中,只有眼角膜与晶状体的折射率比水要大一点点,其他部分则与水有着相同的折射率。
当我们进入水中时,由于眼睛与水直接接触,使得焦点移动到了视网膜的后部,这样就会使视网膜上的成像变得模糊不清。
而水中生物眼睛中的晶状体又是怎样的呢?如果水中生物的晶状体与水有相同折射率的话,那就会导致很难成像。例如,鱼类的眼睛是怎样的结构呢?
鱼的晶状体是球形的,所以其折射率非常大。乌贼眼睛的晶状体也是接近球形的形状。我们在煮鱼的时候就能看见,鱼的眼睛像一个圆球一样。
照相机上会用到的鱼眼镜头,是因为能拍摄出类似鱼在水面下看见物体的样子而得名的,并不是说在水中,鱼的眼睛是像鱼眼镜头一样来看东西。
鱼的眼睛示意图
我们的眼睛与鱼类的眼睛在对焦方式上有区别。我们是通过改变晶状体的厚度来进行对焦的,而鱼类由于其晶状体就是球形的,所以是通过改变其前后的位置来进行对焦的。
球形的镜头,越到边缘其折射率就变得越大,成像时的对焦就变得越困难。而鱼的晶状体,由中心到边缘其折射率会越来越小,这是由于其中心与边缘的材质不同造成的,这样可以降低其成像的失真度。乌贼等软体动物的眼睛也是同样的道理,所以能够顺利地看见物体。
我们在潜水时可以佩戴有平面镜的面具。由于眼睛是通过面具中的空气层来接收光线的,所以可以跟在陆地上一样,使视网膜获得正确的像。