“Nevidljive kapice” su i dalje nevidljive
Posljednji u nizu "ogrtača nevidljivosti" je onaj rođen na Univerzitetu Rochester (1), koji koristi odgovarajući optički sistem. Međutim, skeptici to nazivaju nekom vrstom iluzionističkog trika ili specijalnog efekta, u kojem pametan sistem sočiva prelama svjetlost i vara vid posmatrača.
Iza svega se krije prilično napredna matematika — naučnici treba da je koriste da pronađu kako da podese dva sočiva tako da se svetlost prelama na takav način da mogu da sakriju objekat direktno iza sebe. Ovo rješenje radi ne samo kada gledate direktno u sočiva - dovoljan je ugao od 15 stepeni ili drugi.
1. "Kapa za nevidljivost" sa Univerziteta Rochester.
Može se koristiti u automobilima za uklanjanje mrtvih mrlja u retrovizorima ili u operacionim salama, omogućavajući hirurzima da vide kroz svoje ruke. Ovo je još jedno u dugom nizu otkrića o tome nevidljiva tehnologijakoji su nam došli poslednjih godina.
U 2012. smo već čuli za "kapu nevidljivosti" sa američkog Univerziteta Duke. Tada su samo najradoznaliji čitali da je riječ o nevidljivosti malog cilindra u sićušnom fragmentu mikrovalnog spektra. Godinu dana ranije, Dukeovi zvaničnici su izvijestili o tehnologiji stelt sonara koja se u nekim krugovima može činiti obećavajućom.
Nažalost, bilo je nevidljivost samo sa određene tačke gledišta iu uskom opsegu, što je tehnologiju učinilo malo upotrebljivom. Neumorni inženjeri u Dukeu su 2013. godine predložili 3D štampani uređaj koji je kamuflirao objekat postavljen unutra sa mikro-rupama u strukturi (2). Međutim, opet se to dogodilo u ograničenom rasponu valova i samo sa određene tačke gledišta.
Fotografije objavljene na internetu izgledale su obećavajuće kanadska kompanija Hyperstealth, koja je 2012. godine reklamirana pod intrigantnim imenom Quantum Stealth (3). Nažalost, radni prototipovi nikada nisu demonstrirani, niti je objašnjeno kako to funkcionira. Kompanija kao razlog navodi sigurnosne probleme i zagonetno izvještava da priprema tajne verzije proizvoda za vojsku.
Prednji monitor, zadnja kamera
Prvo modernokapa za nevidljivost» Pre deset godina uveo japanski inženjer prof. Susumu Tachi sa Univerziteta u Tokiju. Koristio je kameru postavljenu iza čovjeka koji je nosio kaput koji je također bio monitor. Na njega je projektovana slika sa zadnje kamere. Čovjek u ogrtaču je bio "nevidljiv". Sličan trik koristi i uređaj za maskiranje vozila Adaptiv koji je u prethodnoj deceniji predstavio BAE Systems (4).
Prikazuje infracrvenu sliku "otpozadi" na oklopu tenka. Takva mašina se jednostavno ne vidi u nišanskim uređajima. Ideja o maskiranju objekata nastala je 2006. godine. Džon Pendri sa Imperijal koledža u Londonu, Dejvid Šurig i Dejvid Smit sa Univerziteta Djuk objavili su teoriju "transformacione optike" u časopisu Science i predstavili kako ona funkcioniše u slučaju mikrotalasa (veće talasne dužine od vidljive svetlosti).
2. "Kapa za nevidljivost" štampana u tri dimenzije.
Uz pomoć odgovarajućih metamaterijala, elektromagnetski val se može saviti na način da zaobiđe okolni objekt i vrati se na svoju trenutnu putanju. Parametar koji karakteriše opštu optičku reakciju medija je indeks prelamanja, koji određuje koliko se puta sporije nego u vakuumu, svetlost kreće u ovoj sredini. Računamo ga kao korijen proizvoda relativne električne i magnetske permeabilnosti.
relativna električna permeabilnost; određuje koliko je puta sila električne interakcije u datoj tvari manja od sile interakcije u vakuumu. Stoga je to mjera koliko snažno električni naboji unutar tvari reagiraju na vanjsko električno polje. Većina supstanci ima pozitivnu permitivnost, što znači da polje koje je supstanca promijenila i dalje ima isto značenje kao i vanjsko polje.
Relativna magnetna permeabilnost m određuje kako se magnetsko polje mijenja u prostoru ispunjenom datim materijalom, u poređenju sa magnetskim poljem koje bi postojalo u vakuumu sa istim vanjskim izvorom magnetnog polja. Za sve prirodne supstance, relativna magnetna permeabilnost je pozitivna. Za prozirne medije kao što su staklo ili voda, sve tri veličine su pozitivne.
Tada se svjetlost, prelazeći iz vakuuma ili zraka (parametri zraka se samo malo razlikuju od vakuuma) u medij, lomi prema zakonu prelamanja i omjer sinusa upadnog ugla i sinusa ugla prelamanja je jednak indeksu loma za ovaj medij. Vrijednost je manja od nule; i m znači da se elektroni unutar medija kreću u suprotnom smjeru od sile koju stvara električno ili magnetsko polje.
To je upravo ono što se dešava u metalima, u kojima slobodni elektronski gas podleže sopstvenim oscilacijama. Ako frekvencija elektromagnetnog vala ne prelazi frekvenciju ovih prirodnih oscilacija elektrona, tada te oscilacije tako efikasno prekrivaju električno polje vala da mu ne dozvoljavaju da prodre duboko u metal, pa čak i stvara polje usmjereno suprotno. na spoljašnje polje.
Kao rezultat toga, permitivnost takvog materijala je negativna. Ne može prodrijeti duboko u metal, elektromagnetno zračenje se odbija od površine metala, a sam metal dobiva karakterističan sjaj. Šta ako su obje vrste permitivnosti negativne? Ovo pitanje je 1967. godine postavio ruski fizičar Viktor Veselago. Ispada da je indeks loma takvog medija negativan i da se svjetlost lomi na potpuno drugačiji način nego što slijedi iz uobičajenog zakona loma.
5. Negativna refrakcija na površini metamaterijala - vizualizacija
Tada se energija elektromagnetnog vala prenosi naprijed, ali se maksimumi elektromagnetnog vala kreću u smjeru suprotnom od oblika impulsa i prenesene energije. Takvi materijali ne postoje u prirodi (nema tvari s negativnom magnetskom permeabilnosti). Samo u gore spomenutoj publikaciji iz 2006. godine i u mnogim drugim publikacijama koje su nastale u narednim godinama, bilo je moguće opisati i stoga izgraditi umjetne strukture s negativnim indeksom prelamanja (5).
Zovu se metamaterijali. Grčki prefiks "meta" znači "posle", odnosno to su strukture napravljene od prirodnih materijala. Metamaterijal dobija svojstva koja su im potrebna izgradnjom sićušnih električnih kola koja oponašaju magnetna ili električna svojstva materijala. Mnogi metali imaju negativnu električnu permeabilnost, pa je dovoljno ostaviti mjesta za elemente koji daju negativan magnetski odgovor.
Umjesto homogenog metala, na ploču od izolacijskog materijala pričvršćeno je mnogo tankih metalnih žica raspoređenih u obliku kubične mreže. Promjenom promjera žica i udaljenosti između njih, moguće je podesiti vrijednosti frekvencije na kojima će konstrukcija imati negativnu električnu propusnost. Da bi se u najjednostavnijem slučaju dobila negativna magnetna permeabilnost, dizajn se sastoji od dva slomljena prstena napravljena od dobrog vodiča (na primjer, zlata, srebra ili bakra) i odvojenih slojem drugog materijala.
Takav sistem se zove rezonator sa podeljenim prstenom - skraćeno SRR, od engleskog. Rezonator sa razdvojenim prstenom (6). Zbog praznina u prstenovima i razmaka između njih ima određenu kapacitivnost, kao kondenzator, a pošto su prstenovi napravljeni od provodnog materijala, ima i određenu induktivnost, tj. sposobnost stvaranja struje.
Promjene u vanjskom magnetskom polju od elektromagnetnog vala uzrokuju da struja teče u prstenovima, a ta struja stvara magnetno polje. Ispostavilo se da je uz odgovarajući dizajn magnetsko polje koje stvara sistem usmjereno suprotno od vanjskog polja. To rezultira negativnom magnetskom permeabilnosti materijala koji sadrži takve elemente. Postavljanjem parametara metamaterijalnog sistema može se dobiti negativan magnetni odgovor u prilično širokom rasponu frekvencija talasa.
meta - zgrada
San dizajnera je da izgrade sistem u kojem bi valovi idealno strujali oko objekta (7). 2008. godine naučnici sa Univerziteta u Kaliforniji u Berkliju su po prvi put u istoriji kreirali trodimenzionalne materijale koji imaju negativan indeks prelamanja za vidljivu i blisku infracrvenu svetlost, savijajući svetlost u pravcu suprotnom njegovom prirodnom pravcu. Stvorili su novi metamaterijal kombinovanjem srebra sa magnezijum fluoridom.
Zatim se izrezuje u matricu koja se sastoji od minijaturnih iglica. Fenomen negativne refrakcije je uočen na talasnim dužinama od 1500 nm (bliski infracrveni). Početkom 2010. Tolga Ergin sa Tehnološkog instituta Karlsruhe i kolege sa Imperial College London kreirali su nevidljiv svjetlosna zavjesa. Istraživači su koristili materijale dostupne na tržištu.
Koristili su fotonske kristale položene na površinu da pokriju mikroskopsku izbočinu na zlatnoj ploči. Dakle, metamaterijal je stvoren od posebnih sočiva. Sočiva nasuprot grbi na ploči su postavljena tako da odbijanjem dijela svjetlosnih valova eliminišu raspršivanje svjetlosti na izbočini. Posmatrajući ploču pod mikroskopom, koristeći svjetlost s talasnom dužinom bliskom onoj vidljive svjetlosti, naučnici su vidjeli ravnu ploču.
Kasnije su istraživači sa Univerziteta Duke i Imperial College London uspjeli dobiti negativnu refleksiju mikrovalnog zračenja. Da bi se postigao ovaj efekat, pojedinačni elementi strukture metamaterijala moraju biti manji od talasne dužine svetlosti. Dakle, to je tehnički izazov koji zahtijeva proizvodnju vrlo malih metamaterijalnih struktura koje odgovaraju talasnoj dužini svjetlosti koju bi trebali prelamati.
Vidljiva svjetlost (ljubičasta do crvena) ima talasnu dužinu od 380 do 780 nanometara (nanometar je milijardni dio metra). U pomoć su priskočili nanotehnolozi sa škotskog univerziteta St. Andrews. Dobili su jedan sloj izuzetno gusto isprepletenog metamaterijala. Stranice New Journal of Physics opisuju metaflex sposoban da savija talasne dužine od oko 620 nanometara (narandžasto-crveno svetlo).
Godine 2012. grupa američkih istraživača sa Univerziteta Teksas u Austinu smislila je potpuno drugačiji trik koristeći mikrovalne pećnice. Cilindar prečnika 18 cm presvučen je plazma materijalom negativne impedancije, što omogućava manipulaciju svojstvima. Ako ima potpuno suprotna optička svojstva skrivenog objekta, stvara neku vrstu "negativnosti".
Tako se dva talasa preklapaju i objekat postaje nevidljiv. Kao rezultat, materijal može savijati nekoliko različitih frekvencijskih opsega vala tako da oni teku oko objekta, konvergirajući s druge strane, što vanjskom promatraču možda neće biti primjetno. Teorijski koncepti se množe.
Prije desetak mjeseci, Advanced Optical Materials je objavio članak o moguće revolucionarnoj studiji naučnika sa Univerziteta Centralne Floride. Ko zna jesu li uspjeli prevazići postojeća ograničenja na "nevidljivi šeširi» Izrađen od metamaterijala. Prema informacijama koje su objavili, moguć je nestanak objekta u dometu vidljive svjetlosti.
7. Teorijski načini savijanja svjetlosti na nevidljivi predmet
Debashis Chanda i njegov tim opisuju upotrebu metamaterijala sa trodimenzionalnom strukturom. Do njega je došlo zahvaljujući tzv. nanotransfer printing (NTP), koji proizvodi metalno-dielektrične trake. Indeks loma može se mijenjati metodama nanoinženjeringa. Put širenja svjetlosti mora se kontrolirati u trodimenzionalnoj površinskoj strukturi materijala korištenjem metode elektromagnetne rezonancije.
Naučnici su vrlo oprezni u svojim zaključcima, ali iz opisa njihove tehnologije sasvim je jasno da su obloge od takvog materijala sposobne u velikoj mjeri odbiti elektromagnetne valove. Osim toga, način na koji se dobija novi materijal omogućava proizvodnju velikih površina, što je neke navelo da sanjaju o borcima prekrivenim takvom kamuflažom koja bi im omogućila nevidljivost kompletan, od radara do dnevne svjetlosti.
Uređaji za prikrivanje koji koriste metamaterijale ili optičke tehnike ne uzrokuju stvarni nestanak objekata, već samo njihovu nevidljivost za alate za detekciju, a uskoro, možda, i za oko. Međutim, već postoje radikalnije ideje. Jeng Yi Lee i Ray-Kuang Lee sa Tajvanskog nacionalnog Tsing Hua univerziteta predložili su teorijski koncept kvantnog "ogrtača nevidljivosti" sposobnog da ukloni objekte ne samo iz vidnog polja, već i iz stvarnosti u cjelini.
Ovo će raditi slično onome što je gore diskutovano, ali će se umjesto Maxwellovih jednačina koristiti Schrödingerova jednačina. Poenta je da rastegnemo polje vjerovatnoće objekta tako da bude jednako nuli. Teoretski, to je moguće na mikroskali. Međutim, trebat će dugo čekati na tehnološke mogućnosti proizvodnje takvog poklopca. kao i svaki "kapa za nevidljivost“Što se može reći da je zaista nešto skrivala od našeg pogleda.
