„Ósýnileikahettur“ eru enn ósýnilegar

Það nýjasta í röðinni af „skýlum ósýnileikans“ er sú sem fæddist við háskólann í Rochester (1), sem notar viðeigandi sjónkerfi. Hins vegar kalla efasemdarmenn það einhvers konar blekkingarbragð eða tæknibrellur, þar sem snjallt linsukerfi brýtur ljós og blekkir sýn áhorfandans.

Það er nokkuð háþróuð stærðfræði á bak við þetta allt saman – vísindamenn þurfa að nota hana til að finna hvernig eigi að setja linsurnar tvær upp þannig að ljósið brotni á þann hátt að þær geti falið hlutinn beint fyrir aftan þær. Þessi lausn virkar ekki aðeins þegar horft er beint á linsurnar - 15 gráðu horn eða annað er nóg.

1. "Invisibility Cap" frá háskólanum í Rochester.

Það er hægt að nota í bílum til að útrýma blindum blettum í speglum eða á skurðstofum, sem gerir skurðlæknum kleift að sjá í gegnum hendur þeirra. Þetta er önnur í langri röð opinberana um ósýnilega tæknisem hafa komið til okkar undanfarin ár.

Árið 2012 heyrðum við þegar um „Cap of Invisibility“ frá American Duke háskólanum. Aðeins þeir fróðleiksfúsustu lásu þá að um ósýnileika lítins strokks í örbylgjuofninum væri að ræða. Ári áður greindu embættismenn Duke frá laumuspilstækni sem kann að virðast lofa góðu í sumum hópum.

Því miður var það ósýnileiki aðeins frá ákveðnu sjónarhorni og í þröngum mæli, sem gerði tæknina lítið gagn. Árið 2013 lögðu hinir óþreytandi verkfræðingar hjá Duke til 3D prentað tæki sem felur hlut sem var settur inni með örholum í byggingunni (2). Hins vegar, aftur, þetta gerðist í takmörkuðu öldusviði og aðeins frá ákveðnu sjónarhorni.

Ljósmyndirnar sem birtar voru á Netinu virtust efnilegar kanadíska fyrirtækið Hyperstealth, sem árið 2012 var auglýst undir hinu forvitnilega nafni Quantum Stealth (3). Því miður hefur aldrei verið sýnt fram á virka frumgerðir, né hefur verið útskýrt hvernig það virkar. Fyrirtækið nefnir öryggismál sem ástæðuna og greinir dularfullt frá því að það sé að undirbúa leynilegar útgáfur af vörunni fyrir herinn.

Skjár að framan, myndavél að aftan

Fyrsta nútímalegaósýnileikahettu» Kynnt fyrir tíu árum síðan af japanska verkfræðingnum Prof. Susumu Tachi frá háskólanum í Tókýó. Hann notaði myndavél sem var staðsett fyrir aftan mann í úlpu sem var líka skjár. Myndinni frá myndavélinni að aftan var varpað á hana. Skikkjumaðurinn var „ósýnilegur“. Svipað bragð er notað af Adaptiv felulitur ökutækja sem kynnt var á síðasta áratug af BAE Systems (4).

Það sýnir innrauða mynd „aftan frá“ á brynju skriðdrekans. Slík vél sést einfaldlega ekki í sjóntækjabúnaði. Hugmyndin um að gríma hluti tók á sig mynd árið 2006. John Pendry frá Imperial College í London, David Schurig og David Smith frá Duke háskóla birtu kenninguna um "transformation optics" í tímaritinu Science og kynntu hvernig hún virkar þegar um örbylgjuofna er að ræða (lengri bylgjulengdir en sýnilegt ljós).

2. „Ósýnileikahetta“ prentuð í þrívídd.

Með hjálp viðeigandi efnisefna er hægt að beygja rafsegulbylgju á þann hátt að hún fari framhjá hlutnum í kring og fari aftur í núverandi leið sína. Viðfangið sem einkennir almenna sjónviðbrögð miðilsins er brotstuðullinn, sem ákvarðar hversu oft hægar en í lofttæmi, ljós hreyfist í þessum miðli. Við reiknum það sem rót vörunnar af hlutfallslegu raf- og segulgegndræpi.

hlutfallslegt rafgegndræpi; ákvarðar hversu oft rafverkunarkrafturinn í tilteknu efni er minni en víxlverkunarkrafturinn í lofttæmi. Þess vegna er það mælikvarði á hversu sterkt rafhleðslur innan efnis bregðast við ytra rafsviði. Flest efni hafa jákvæða heimild, sem þýðir að sviðið sem efnið breytist hefur enn sömu merkingu og ytra sviðið.

Hlutfallslegt segulgegndræpi m ákvarðar hvernig segulsviðið breytist í rými sem er fyllt með tilteknu efni, samanborið við segulsviðið sem væri til í lofttæmi með sama ytri segulsviðsgjafa. Fyrir öll náttúruleg efni er hlutfallslegt segulgegndræpi jákvætt. Fyrir gagnsæ efni eins og gler eða vatn eru öll þrjú magnin jákvæð.

Þá er ljós, sem berst úr lofttæmi eða lofti (loftstærðir eru aðeins frábrugðnar lofttæmi) inn í miðilinn, brotið samkvæmt brotalögmálinu og hlutfall sinus innfallshorns og sinus brotshorns er jafnt og brotstuðul fyrir þennan miðil. Gildið er minna en núll; og m þýðir að rafeindirnar inni í miðlinum hreyfast í gagnstæða átt við kraftinn sem raf- eða segulsviðið skapar.

Þetta er nákvæmlega það sem gerist í málmum, þar sem frjálsa rafeindagasið gangast undir eigin sveiflur. Ef tíðni rafsegulbylgju fer ekki yfir tíðni þessara náttúrusveiflna rafeinda, þá skima þessar sveiflur rafsvið bylgjunnar á svo áhrifaríkan hátt að þær leyfa henni ekki að komast djúpt inn í málminn og skapa jafnvel svið sem beinist í gagnstæða átt. á ytra sviði.

Þar af leiðandi er leyfilegt efni slíks efnis neikvætt. Ófær um að komast djúpt inn í málminn endurkastast rafsegulgeislun frá yfirborði málmsins og málmurinn sjálfur fær einkennandi ljóma. Hvað ef báðar tegundir leyfisleysis væru neikvæðar? Þessi spurning var spurð árið 1967 af rússneska eðlisfræðingnum Viktor Veselago. Í ljós kemur að brotstuðull slíks miðils er neikvæður og ljós brotnar á allt annan hátt en leiðir af venjulegu brotalögmáli.

5. Neikvætt ljósbrot á yfirborði frumefnis - sjónmyndun

Þá er orka rafsegulbylgjunnar flutt áfram, en hámark rafsegulbylgjunnar færist í gagnstæða átt við lögun boðsins og yfirfærðrar orku. Slík efni eru ekki til í náttúrunni (það eru engin efni með neikvæða segulgegndræpi). Aðeins í 2006 útgáfunni sem nefnt er hér að ofan og í mörgum öðrum ritum sem stofnað var til á síðari árum var hægt að lýsa og því byggja gervivirki með neikvæðum brotstuðul (5).

Þau eru kölluð metaefni. Gríska forskeytið "meta" þýðir "eftir", það er að segja þetta eru mannvirki úr náttúrulegum efnum. Metaefni öðlast þá eiginleika sem þau þurfa með því að byggja örsmáar rafrásir sem líkja eftir segul- eða rafeiginleikum efnisins. Margir málmar hafa neikvætt rafgegndræpi, þannig að það er nóg að gefa pláss fyrir frumefni sem gefa neikvæða segulsvörun.

Í stað einsleits málms er mikið af þunnum málmvírum sem komið er fyrir í formi teningsnets festir á plötu af einangrunarefni. Með því að breyta þvermáli víranna og fjarlægðinni á milli þeirra er hægt að stilla tíðnigildin þar sem uppbyggingin mun hafa neikvæða rafgegndræpi. Til að fá neikvæða segulgegndræpi í einfaldasta tilfelli samanstendur hönnunin af tveimur brotnum hringjum úr góðum leiðara (til dæmis gulli, silfri eða kopar) og aðskilin eru með lag af öðru efni.

Slíkt kerfi er kallað split ring resonator - skammstafað sem SRR, úr ensku. Ómun með klofnum hring (6). Vegna bilanna í hringjunum og fjarlægðarinnar á milli þeirra hefur hann ákveðna rýmd, eins og þétti, og þar sem hringirnir eru úr leiðandi efni hefur hann einnig ákveðna inductance, þ.e. getu til að mynda straum.

Breytingar á ytra segulsviði frá rafsegulbylgjunni valda því að straumur flæðir í hringunum og þessi straumur myndar segulsvið. Það kemur í ljós að með viðeigandi hönnun er segulsviðinu sem kerfið myndar beint á móti ytra sviðinu. Þetta hefur í för með sér neikvæða segulgegndræpi efnis sem inniheldur slík frumefni. Með því að stilla færibreytur efniskerfisins er hægt að fá neikvæða segulsvörun á nokkuð breitt svið bylgjutíðni.

meta - bygging

Draumur hönnuðanna er að byggja upp kerfi þar sem öldurnar myndu helst flæða um hlutinn (7). Árið 2008, bjuggu vísindamenn við háskólann í Kaliforníu, Berkeley, í fyrsta skipti í sögunni til þrívíddarefni sem hafa neikvæðan brotstuðul fyrir sýnilegt og nálægt innrauðu ljósi, sem beygir ljós í gagnstæða átt við náttúrulega stefnu þess. Þeir bjuggu til nýtt metaefni með því að sameina silfur og magnesíumflúoríð.

Síðan er það skorið í fylki sem samanstendur af litlum nálum. Fyrirbærið neikvætt ljósbrot hefur sést við bylgjulengdir 1500 nm (nálægt innrauður). Snemma árs 2010 stofnuðu Tolga Ergin frá Karlsruhe Institute of Technology og félagar við Imperial College London ósýnilegt ljós gardína. Rannsakendur notuðu efni sem til eru á markaðnum.

Þeir notuðu ljóseindakristalla sem lagðir voru á yfirborð til að hylja smásæja útskot á gullplötu. Þannig að metaefnið var búið til úr sérstökum linsum. Linsurnar andspænis hnúðnum á plötunni eru þannig staðsettar að með því að sveigja hluta ljósbylgjunnar útrýma þær ljósdreifingu á bungunni. Með því að skoða plötuna í smásjá og nota ljós með bylgjulengd nálægt sýnilegu ljósi, sáu vísindamennirnir flata plötu.

Síðar tókst vísindamönnum frá Duke háskólanum og Imperial College í London að fá neikvæða endurkast á örbylgjugeislun. Til að ná þessum áhrifum verða einstakir þættir efnisbyggingarinnar að vera minni en bylgjulengd ljóssins. Þannig að þetta er tæknileg áskorun sem krefst framleiðslu á mjög litlum metamaterial mannvirkjum sem passa við bylgjulengd ljóssins sem þeir eiga að brjóta.

Sýnilegt ljós (fjólublátt til rautt) hefur bylgjulengd á bilinu 380 til 780 nanómetrar (nanometer er einn milljarður úr metra). Nanótæknifræðingar frá skoska háskólanum í St. Andrews komu til bjargar. Þeir fengu eitt lag af mjög þétt möskvaðri metaefni. Síður New Journal of Physics lýsa metaflex sem getur beygt bylgjulengdir um 620 nanómetrar (appelsínugult-rautt ljós).

Árið 2012 fann hópur bandarískra vísindamanna við háskólann í Texas í Austin upp allt annað bragð með því að nota örbylgjuofna. Strokkur með 18 cm þvermál var húðaður með neikvæðu viðnámsplasmaefni, sem gerir kleift að meðhöndla eiginleikana. Ef það hefur nákvæmlega andstæða sjónfræðilega eiginleika hins falda hluta, skapar það eins konar "neikvætt".

Þannig skarast öldurnar tvær og hluturinn verður ósýnilegur. Fyrir vikið getur efnið beygt nokkur mismunandi tíðnisvið bylgjunnar þannig að þau flæða um hlutinn og renna saman hinum megin við hann, sem er kannski ekki áberandi fyrir utanaðkomandi áhorfanda. Fræðileg hugtök eru að fjölga sér.

Fyrir um tugi mánaða birti Advanced Optical Materials grein um hugsanlega byltingarkennda rannsókn vísindamanna við háskólann í Mið-Flórída. Hver veit nema þeim hafi mistekist að sigrast á núverandi takmörkunum á "ósýnilegir hattar» Byggt úr metaefni. Samkvæmt upplýsingum sem þeir birtu er hugsanlegt að hluturinn hverfi á sýnilega ljóssviðinu.

7. Fræðilegar leiðir til að beygja ljós á ósýnilegan hlut

Debashis Chanda og teymi hans lýsa notkun á metaefni með þrívíddarbyggingu. Það var hægt að fá það þökk sé svokölluðu. nanóflutningsprentun (NTP), sem framleiðir málm-rafmagnsbönd. Brotstuðulinn er hægt að breyta með nanóverkfræðiaðferðum. Ljósútbreiðsluleiðinni verður að stjórna í þrívíddar yfirborðsbyggingu efnisins með því að nota rafsegulómunaraðferðina.

Vísindamenn eru mjög varkárir í niðurstöðum sínum, en af ​​lýsingu á tækni þeirra er alveg ljóst að húðun af slíku efni er fær um að sveigja rafsegulbylgjur að miklu leyti. Að auki gerir það hvernig nýja efnið er fengið framleiðslu á stórum svæðum, sem hefur fengið suma til að dreyma um bardagamenn sem eru þaktir slíkum felulitum sem myndi veita þeim ósýnileiki heill, frá radar til dagsbirtu.

Leynitæki sem nota metaefni eða sjóntækni valda ekki raunverulegu hvarfi hluta, heldur aðeins ósýnileika þeirra fyrir greiningartækjum og fljótlega, ef til vill, fyrir augað. Hins vegar eru nú þegar uppi róttækari hugmyndir. Jeng Yi Lee og Ray-Kuang Lee frá National Taiwan Tsing Hua háskólanum settu fram fræðilega hugmynd um skammtafræðilega „hettu ósýnileika“ sem getur fjarlægt hluti ekki aðeins frá sjónsviðinu heldur einnig frá raunveruleikanum í heild.

Þetta mun virka svipað og rætt var um hér að ofan, en Schrödinger-jöfnan verður notuð í stað jöfnunar Maxwells. Aðalatriðið er að teygja líkindasvið hlutarins þannig að það sé núll. Fræðilega séð er þetta mögulegt á smáskala. Hins vegar mun taka langan tíma að bíða eftir tæknilegum möguleikum til að framleiða slíkt hlíf. Eins og allir"ósýnileikahettu„Sem má segja að hún hafi í raun verið að fela eitthvað fyrir okkur.