„Капе за невидљивост“ су и даље невидљиве

Последњи у низу „огртача невидљивости” је онај рођен на Универзитету у Рочестеру (1), који користи одговарајући оптички систем. Међутим, скептици то називају неком врстом илузионистичког трика или специјалног ефекта, у којем паметан систем сочива прелама светлост и вара вид посматрача.

Иза свега стоји прилично напредна математика — научници треба да је користе да пронађу како да подесе два сочива тако да се светлост прелама на такав начин да могу да сакрију објекат директно иза њих. Ово решење функционише не само када гледате директно у сочива - довољан је угао од 15 степени или други.

1. „Капа за невидљивост“ са Универзитета у Рочестеру.

Може се користити у аутомобилима за уклањање слепих тачака у огледалима или у операционим салама, омогућавајући хирурзима да виде кроз своје руке. Ово је још једно у дугом низу открића о невидљива технологијакоји су нам дошли последњих година.

У 2012. већ смо чули за „Капу невидљивости” са америчког Универзитета Дјук. Тада су само најрадозналији читали да је реч о невидљивости малог цилиндра у сићушном фрагменту микроталасног спектра. Годину дана раније, Дуке званичници су известили о технологији стелт сонара која може изгледати обећавајуће у неким круговима.

Нажалост, било је невидљивост само са одређене тачке гледишта и у уском обиму, што је технологију чинило мало употребљивом. Неуморни инжењери у Дуке-у су 2013. године предложили 3Д штампани уређај који је камуфлирао објекат постављен унутра са микро рупама у структури (2). Међутим, опет, ово се догодило у ограниченом опсегу таласа и само са одређене тачке гледишта.

Фотографије објављене на интернету изгледале су обећавајуће канадска компанија Хиперстеалтх, која је 2012. године рекламирана под интригантним именом Куантум Стеалтх (3). Нажалост, радни прототипови никада нису демонстрирани, нити је објашњено како то функционише. Компанија као разлог наводи безбедносна питања и загонетно извештава да припрема тајне верзије производа за војску.

Предњи монитор, задња камера

Прво модернокапа за невидљивост» Пре десет година увео јапански инжењер проф. Сусуму Тацхи са Универзитета у Токију. Користио је камеру постављену иза човека који је носио капут који је такође био монитор. На њега је пројектована слика са задње камере. Човек у огртачу је био „невидљив“. Сличан трик користи уређај за маскирање возила Адаптив који је у претходној деценији представио БАЕ Системс (4).

Приказује инфрацрвену слику "отпозади" на оклопу тенка. Таква машина се једноставно не види у нишанским уређајима. Идеја о маскирању објеката настала је 2006. године. Џон Пендри са Империјал колеџа у Лондону, Дејвид Шуриг и Дејвид Смит са Универзитета Дјук објавили су теорију „трансформационе оптике” у часопису Сајенс и представили како она функционише у случају микроталаса (веће таласне дужине од видљиве светлости).

2. „Капа за невидљивост“ штампана у три димензије.

Уз помоћ одговарајућих метаматеријала, електромагнетни талас се може савијати на начин да заобиђе околни објекат и врати се на своју тренутну путању. Параметар који карактерише општу оптичку реакцију медијума је индекс преламања, који одређује колико се пута спорије него у вакууму креће светлост у овој средини. Рачунамо га као корен производа релативне електричне и магнетне пермеабилности.

релативна електрична пермеабилност; одређује колико је пута сила електричне интеракције у датој супстанци мања од силе интеракције у вакууму. Дакле, то је мера колико снажно електрична наелектрисања унутар супстанце реагују на спољашње електрично поље. Већина супстанци има позитивну пермитивност, што значи да поље које супстанца мења и даље има исто значење као и спољашње поље.

Релативна магнетна пермеабилност м одређује како се мења магнетно поље у простору испуњеном датим материјалом, у поређењу са магнетним пољем које би постојало у вакууму са истим спољним извором магнетног поља. За све природне супстанце, релативна магнетна пермеабилност је позитивна. За провидне медије као што су стакло или вода, све три величине су позитивне.

Тада се светлост, прелазећи из вакуума или ваздуха (параметри ваздуха се само мало разликују од вакуума) у медијум, прелама према закону преламања и однос синуса упадног угла и синуса угла преламања је једнак индексу преламања за ову средину. Вредност је мања од нуле; а м значи да се електрони унутар средине крећу у супротном смеру од силе коју ствара електрично или магнетно поље.

Управо то се дешава у металима, у којима слободни електронски гас подлеже сопственим осцилацијама. Ако фреквенција електромагнетног таласа не премашује фреквенцију ових природних осцилација електрона, онда те осцилације тако ефикасно прекривају електрично поље таласа да му не дозвољавају да продре дубоко у метал, па чак и ствара поље усмерено супротно. на спољашње поље.

Као резултат, пермитивност таквог материјала је негативна. Не може да продре дубоко у метал, електромагнетно зрачење се рефлектује са површине метала, а сам метал добија карактеристичан сјај. Шта ако су обе врсте пермитивности негативне? Ово питање је 1967. године поставио руски физичар Виктор Веселаго. Испоставља се да је индекс преламања таквог медија негативан и да се светлост прелама на потпуно другачији начин него што следи из уобичајеног закона преламања.

5. Негативна рефракција на површини метаматеријала – визуализација

Тада се енергија електромагнетног таласа преноси напред, али се максимуми електромагнетног таласа крећу у супротном смеру од облика импулса и пренесене енергије. Такви материјали не постоје у природи (не постоје супстанце са негативном магнетном пропустљивошћу). Само у горе поменутој публикацији из 2006. године и у многим другим публикацијама које су настале у наредним годинама, било је могуће описати и, стога, изградити вештачке структуре са негативним индексом преламања (5).

Зову се метаматеријали. Грчки префикс "мета" значи "после", то јест, то су структуре направљене од природних материјала. Метаматериали стичу својства која су им потребна изградњом сићушних електричних кола која опонашају магнетна или електрична својства материјала. Многи метали имају негативну електричну пропустљивост, па је довољно оставити простор за елементе који дају негативан магнетни одговор.

Уместо хомогеног метала, на плочу од изолационог материјала причвршћено је много танких металних жица распоређених у облику кубичне мреже. Променом пречника жица и растојања између њих, могуће је подесити вредности фреквенције на којима ће структура имати негативну електричну пропустљивост. Да би се добила негативна магнетна пермеабилност у најједноставнијем случају, дизајн се састоји од два сломљена прстена направљена од доброг проводника (на пример, злата, сребра или бакра) и одвојених слојем другог материјала.

Такав систем се назива резонатор са подељеним прстеном - скраћено СРР, од енглеског. Резонатор са подељеним прстеном (6). Због празнина у прстеновима и растојања између њих, он има одређену капацитивност, као кондензатор, а пошто су прстенови направљени од проводног материјала, има и одређену индуктивност, тј. способност стварања струја.

Промене у спољашњем магнетном пољу од електромагнетног таласа узрокују да струја тече у прстеновима, а ова струја ствара магнетно поље. Испоставља се да је са одговарајућим дизајном, магнетно поље које ствара систем усмерено супротно од спољашњег поља. Ово резултира негативном магнетном пермеабилности материјала који садржи такве елементе. Постављањем параметара система метаматеријала може се добити негативан магнетни одговор у прилично широком опсегу таласних фреквенција.

мета - зграда

Сан дизајнера је да изграде систем у коме би таласи идеално струјали око објекта (7). Научници са Универзитета у Калифорнији у Берклију су 2008. године по први пут у историји створили тродимензионалне материјале који имају негативан индекс преламања за видљиву и блиску инфрацрвену светлост, савијајући светлост у правцу супротном његовом природном правцу. Створили су нови метаматеријал комбиновањем сребра са магнезијум флуоридом.

Затим се исече у матрицу која се састоји од минијатурних игала. Феномен негативне рефракције је примећен на таласним дужинама од 1500 нм (близу инфрацрвене). Почетком 2010. Толга Ергин са Технолошког института у Карлсруеу и колеге са Империјал колеџу у Лондону су креирали невидљив лампица. Истраживачи су користили материјале доступне на тржишту.

Користили су фотонске кристале положене на површину да покрију микроскопску избочину на златној плочи. Дакле, метаматеријал је створен од посебних сочива. Сочива наспрам грба на плочи су смештена тако да одбијањем дела светлосних таласа елиминишу расипање светлости на избочину. Посматрајући плочу под микроскопом, користећи светлост са таласном дужином блиском оној видљиве светлости, научници су видели равну плочу.

Касније су истраживачи са Универзитета Дјук и Империјал колеџа у Лондону успели да добију негативну рефлексију микроталасног зрачења. Да би се постигао овај ефекат, појединачни елементи структуре метаматеријала морају бити мањи од таласне дужине светлости. Дакле, то је технички изазов који захтева производњу веома малих метаматеријалних структура које одговарају таласној дужини светлости коју би требало да преламају.

Видљива светлост (љубичаста до црвена) има таласну дужину од 380 до 780 нанометара (нанометар је милијардни део метра). У помоћ су притекли нанотехнолози са шкотског универзитета Сент Ендруз. Добили су један слој изузетно густо испреплетеног метаматеријала. Странице Нев Јоурнал оф Пхисицс описују метафлек способан да савија таласне дужине од око 620 нанометара (наранџасто-црвено светло).

Године 2012. група америчких истраживача на Универзитету Тексас у Остину смислила је потпуно другачији трик користећи микроталасне пећнице. Цилиндар пречника 18 цм обложен је плазма материјалом негативне импедансе, што омогућава манипулацију својствима. Ако има управо супротна оптичка својства скривеног објекта, ствара неку врсту "негативности".

Тако се два таласа преклапају и објекат постаје невидљив. Као резултат тога, материјал може савијати неколико различитих фреквентних опсега таласа тако да они теку око објекта, конвергирајући на његовој другој страни, што спољном посматрачу можда неће бити приметно. Теоријски концепти се множе.

Пре десетак месеци, Адванцед Оптицал Материалс је објавио чланак о можда револуционарној студији научника са Универзитета Централне Флориде. Ко зна да ли нису успели да превазиђу постојећа ограничења на "невидљиве капе» Изграђен од метаматеријала. Према информацијама које су објавили, могућ је нестанак објекта у домету видљиве светлости.

7. Теоријски начини савијања светлости на невидљиви предмет

Дебасхис Цханда и његов тим описују употребу метаматеријала са тродимензионалном структуром. До њега се могло доћи захваљујући тзв. нанотрансфер штампа (НТП), која производи метално-диелектричне траке. Индекс преламања може се променити методама наноинжењеринга. Пут простирања светлости се мора контролисати у тродимензионалној површинској структури материјала методом електромагнетне резонанце.

Научници су веома опрезни у својим закључцима, али из описа њихове технологије сасвим је јасно да су облоге од таквог материјала у стању да у великој мери одбијају електромагнетне таласе. Осим тога, начин на који се добија нови материјал омогућава производњу великих површина, што је навело неке да сањају о борцима прекривеним таквом камуфлажом која би им обезбедила невидљивост комплетан, од радара до дневне светлости.

Уређаји за прикривање који користе метаматеријале или оптичке технике не узрокују стварни нестанак објеката, већ само њихову невидљивост за алате за детекцију, а ускоро, можда, и за око. Међутим, већ постоје радикалније идеје. Џенг Ји Ли и Реј-Куанг Ли са Тајванског националног универзитета Тсинг Хуа предложили су теоријски концепт квантног „огртача невидљивости” који је способан да уклони објекте не само из видног поља, већ и из стварности у целини.

Ово ће функционисати слично ономе што је горе дискутовано, али ће се уместо Максвелових једначина користити Шредингерова једначина. Поента је да растегнемо поље вероватноће објекта тако да буде једнако нули. Теоретски, то је могуће на микроскали. Међутим, биће потребно доста времена да се чека на технолошке могућности производње таквог поклопца. Као и сваки "капа за невидљивост„Што се може рећи да је заиста нешто крила од нашег погледа.