"Kaplat e padukshmërisë" janë ende të padukshme

Më e fundit në serinë e "petkëve të padukshmërisë" është ajo e lindur në Universitetin e Rochester (1), e cila përdor sistemin e duhur optik. Megjithatë, skeptikët e quajnë atë një lloj mashtrimi iluzionist ose efekti special, në të cilin një sistem i zgjuar lente thyen dritën dhe mashtron vizionin e vëzhguesit.

Ka një matematikë mjaft të avancuar pas gjithë kësaj - shkencëtarët duhet ta përdorin atë për të gjetur se si të vendosin dy thjerrëzat në mënyrë që drita të thyhet në atë mënyrë që ata të mund të fshehin objektin direkt pas tyre. Kjo zgjidhje funksionon jo vetëm kur shikoni drejtpërdrejt lentet - mjafton një kënd prej 15 gradë ose një tjetër.

1. "Kapaku i padukshmërisë" nga Universiteti i Rochester.

Mund të përdoret në makina për të eliminuar pikat e verbëra në pasqyra ose në dhomat e operacionit, duke lejuar kirurgët të shohin përmes duarve të tyre. Ky është një tjetër në një seri të gjatë zbulimesh rreth teknologji e padukshmeqë na kanë ardhur vitet e fundit.

Në vitin 2012, kemi dëgjuar tashmë për "Kapelën e padukshmërisë" nga Universiteti Amerikan Duke. Vetëm më kureshtarët lexuan atëherë se bëhej fjalë për padukshmërinë e një cilindri të vogël në një fragment të vogël të spektrit të mikrovalës. Një vit më parë, zyrtarët e Dukës raportuan për teknologjinë e fshehtë të sonarëve që mund të duken premtuese në disa qarqe.

Fatkeqësisht, ishte padukshmëria vetëm nga një këndvështrim i caktuar dhe në një shtrirje të ngushtë, gjë që e bëri teknologjinë të përdorej pak. Në vitin 2013, inxhinierët e palodhur në Duke propozuan një pajisje të printuar 3D që kamuflonte një objekt të vendosur brenda me mikro-vrima në strukturë (2). Megjithatë, përsëri, kjo ndodhi në një gamë të kufizuar valësh dhe vetëm nga një këndvështrim i caktuar.

Fotografitë e publikuara në internet dukeshin premtuese të kompanisë kanadeze Hyperstealth, e cila në vitin 2012 u reklamua me emrin intrigues Quantum Stealth (3). Fatkeqësisht, prototipet e punës nuk janë demonstruar asnjëherë dhe as nuk është shpjeguar se si funksionon. Kompania përmend çështjet e sigurisë si arsye dhe në mënyrë të fshehtë raporton se po përgatit versione sekrete të produktit për ushtrinë.

Monitori i përparmë, kamera e pasme

Së pari modernekapak padukshmërie» Prezantuar dhjetë vjet më parë nga inxhinieri japonez Prof. Susumu Tachi nga Universiteti i Tokios. Ai përdori një kamerë të vendosur pas një burri të veshur me një pallto që ishte gjithashtu një monitor. Imazhi nga kamera e pasme u projektua mbi të. Burri i veshur me mantel ishte "i padukshëm". Një truk i ngjashëm përdoret nga pajisja e kamuflimit të automjeteve Adaptiv e prezantuar në dekadën e mëparshme nga BAE Systems (4).

Ai shfaq një imazh infra të kuqe "nga prapa" në armaturën e tankut. Një makinë e tillë thjesht nuk shihet në pajisjet e shikimit. Ideja e maskimit të objekteve mori formë në vitin 2006. John Pendry nga Imperial College London, David Schurig dhe David Smith nga Duke University publikuan teorinë e "optikës së transformimit" në revistën Science dhe prezantuan se si funksionon në rastin e mikrovalëve (gjatësi vale më të gjata se drita e dukshme).

2. Një kapak i padukshëm i printuar në tre dimensione.

Me ndihmën e metamaterialeve të duhura, një valë elektromagnetike mund të përkulet në atë mënyrë që të anashkalojë objektin përreth dhe të kthehet në rrugën e saj aktuale. Parametri që karakterizon reaksionin e përgjithshëm optik të mediumit është indeksi i thyerjes, i cili përcakton se sa herë më ngadalë se sa në vakum, drita lëviz në këtë medium. Ne e llogarisim atë si rrënjë të produktit të përshkueshmërisë relative elektrike dhe magnetike.

përshkueshmëria elektrike relative; përcakton se sa herë forca e bashkëveprimit elektrik në një substancë të caktuar është më e vogël se forca e bashkëveprimit në vakum. Prandaj, është një masë se sa fort ngarkesat elektrike brenda një substance reagojnë ndaj një fushe elektrike të jashtme. Shumica e substancave kanë një lejueshmëri pozitive, që do të thotë se fusha e ndryshuar nga substanca ka ende të njëjtin kuptim si fusha e jashtme.

Përshkueshmëria relative magnetike m përcakton se si ndryshon fusha magnetike në një hapësirë ​​të mbushur me një material të caktuar, krahasuar me fushën magnetike që do të ekzistonte në një vakum me të njëjtin burim të fushës magnetike të jashtme. Për të gjitha substancat natyrale, përshkueshmëria relative magnetike është pozitive. Për mediat transparente si qelqi ose uji, të tre sasitë janë pozitive.

Pastaj drita, duke kaluar nga vakuumi ose ajri (parametrat e ajrit janë vetëm pak të ndryshëm nga vakuumi) në mjedis, përthyhet sipas ligjit të thyerjes dhe raporti i sinusit të këndit të rënies me sinusin e këndit të thyerjes është e barabartë me indeksin e thyerjes për këtë medium. Vlera është më e vogël se zero; dhe m do të thotë që elektronet brenda mediumit lëvizin në drejtim të kundërt me forcën e krijuar nga fusha elektrike ose magnetike.

Kjo është pikërisht ajo që ndodh në metalet, në të cilat gazi i lirë i elektronit pëson lëkundjet e veta. Nëse frekuenca e një vale elektromagnetike nuk e kalon frekuencën e këtyre lëkundjeve natyrore të elektroneve, atëherë këto lëkundje kontrollojnë fushën elektrike të valës në mënyrë aq efektive sa nuk e lejojnë atë të depërtojë thellë në metal dhe madje të krijojë një fushë të drejtuar në të kundërt. në fushën e jashtme.

Si rezultat, lejueshmëria e një materiali të tillë është negative. Në pamundësi për të depërtuar thellë në metal, rrezatimi elektromagnetik reflektohet nga sipërfaqja e metalit dhe vetë metali fiton një shkëlqim karakteristik. Po sikur të dy llojet e lejueshmërisë të ishin negative? Kjo pyetje u bë në vitin 1967 nga fizikani rus Viktor Veselago. Rezulton se indeksi i thyerjes së një mediumi të tillë është negativ dhe drita thyhet në një mënyrë krejtësisht të ndryshme nga ajo që rrjedh nga ligji i zakonshëm i thyerjes.

5. Përthyerja negative në sipërfaqen e një metamateriali - vizualizimi

Pastaj energjia e valës elektromagnetike bartet përpara, por maksimumi i valës elektromagnetike lëviz në drejtim të kundërt me formën e impulsit dhe energjisë së transferuar. Materiale të tilla nuk ekzistojnë në natyrë (nuk ka substanca me përshkueshmëri magnetike negative). Vetëm në botimin e vitit 2006 të përmendur më sipër dhe në shumë botime të tjera të krijuara në vitet në vijim, ishte e mundur të përshkruheshin dhe, për rrjedhojë, të ndërtoheshin struktura artificiale me një indeks refraktiv negativ (5).

Ata quhen metamateriale. Parashtesa greke "meta" do të thotë "pas", domethënë këto janë struktura të bëra nga materiale natyrore. Metamaterialet fitojnë vetitë që u nevojiten duke ndërtuar qarqe të vogla elektrike që imitojnë vetitë magnetike ose elektrike të materialit. Shumë metale kanë një përshkueshmëri elektrike negative, ndaj mjafton t'u lihet vend elementëve që japin përgjigje magnetike negative.

Në vend të një metali homogjen, shumë tela të hollë metalikë të vendosur në formën e një rrjeti kub janë ngjitur në një pllakë me material izolues. Duke ndryshuar diametrin e telave dhe distancën midis tyre, është e mundur të rregullohen vlerat e frekuencës në të cilat struktura do të ketë një përshkueshmëri elektrike negative. Për të marrë përshkueshmërinë magnetike negative në rastin më të thjeshtë, dizajni përbëhet nga dy unaza të thyera të bëra nga një përcjellës i mirë (për shembull, ari, argjendi ose bakri) dhe të ndara nga një shtresë e një materiali tjetër.

Një sistem i tillë quhet rezonator i unazës së ndarë - shkurtuar si SRR, nga anglishtja. Rezonator me unazë të ndarë (6). Për shkak të boshllëqeve në unaza dhe distancës ndërmjet tyre, ai ka një kapacitet të caktuar, si një kondensator, dhe duke qenë se unazat janë prej materiali përcjellës, ai gjithashtu ka një induktivitet të caktuar, d.m.th. aftësia për të gjeneruar rryma.

Ndryshimet në fushën magnetike të jashtme nga vala elektromagnetike shkaktojnë që një rrymë të rrjedhë në unaza dhe kjo rrymë krijon një fushë magnetike. Rezulton se me një dizajn të përshtatshëm, fusha magnetike e krijuar nga sistemi drejtohet përballë fushës së jashtme. Kjo rezulton në një përshkueshmëri magnetike negative të një materiali që përmban elementë të tillë. Duke vendosur parametrat e sistemit metamaterial, mund të merret një përgjigje magnetike negative në një gamë mjaft të gjerë të frekuencave të valëve.

meta - ndërtesë

Ëndrra e projektuesve është të ndërtojnë një sistem në të cilin valët do të rrjedhin në mënyrë ideale rreth objektit (7). Në vitin 2008, shkencëtarët në Universitetin e Kalifornisë, Berkeley, për herë të parë në histori, krijuan materiale tre-dimensionale që kanë një indeks thyes negativ për dritën e dukshme dhe afër infra të kuqe, duke përkulur dritën në një drejtim të kundërt me drejtimin e saj natyror. Ata krijuan një metamaterial të ri duke kombinuar argjendin me fluorid magnezi.

Pastaj pritet në një matricë të përbërë nga hala miniaturë. Fenomeni i përthyerjes negative është vërejtur në gjatësi vale 1500 nm (afër infra të kuqe). Në fillim të vitit 2010, Tolga Ergin i Institutit të Teknologjisë në Karlsruhe dhe kolegët në Imperial College London krijuan e padukshme perde e lehtë. Studiuesit përdorën materiale të disponueshme në treg.

Ata përdorën kristale fotonike të vendosura në një sipërfaqe për të mbuluar një zgjatje mikroskopike në një pllakë ari. Pra, metamateriali u krijua nga lente speciale. Lentet përballë gungës në pllakë janë të vendosura në atë mënyrë që, duke devijuar një pjesë të valëve të dritës, eliminojnë shpërndarjen e dritës në fryrje. Duke vëzhguar pllakën nën një mikroskop, duke përdorur dritën me një gjatësi vale afër asaj të dritës së dukshme, shkencëtarët panë një pllakë të sheshtë.

Më vonë, studiuesit nga Universiteti Duke dhe Kolegji Imperial në Londër ishin në gjendje të merrnin një reflektim negativ të rrezatimit të mikrovalës. Për të marrë këtë efekt, elementët individualë të strukturës metamateriale duhet të jenë më pak se gjatësia e valës së dritës. Pra, është një sfidë teknike që kërkon prodhimin e strukturave shumë të vogla metamateriale që përputhen me gjatësinë e valës së dritës që ata supozohet të thyejnë.

Drita e dukshme (vjollca në të kuqe) ka një gjatësi vale prej 380 deri në 780 nanometra (një nanometër është një e miliarda e metrit). Nanoteknologët nga Universiteti Skocez i St. Andrews erdhën në shpëtim. Ata morën një shtresë të vetme metamateriale me rrjetë jashtëzakonisht të dendur. Faqet e New Journal of Physics përshkruajnë një metafleks të aftë për të përkulur gjatësi vale prej rreth 620 nanometra (dritë portokalli-kuqe).

Në vitin 2012, një grup studiuesish amerikanë në Universitetin e Teksasit në Austin dolën me një truk krejtësisht të ndryshëm duke përdorur mikrovalët. Një cilindër me diametër 18 cm ishte i veshur me një material plazmatik me rezistencë negative, i cili lejon manipulimin e vetive. Nëse ka pikërisht vetitë optike të kundërta të objektit të fshehur, krijon një lloj "negativi".

Kështu, dy valët mbivendosen dhe objekti bëhet i padukshëm. Si rezultat, materiali mund të përkulë disa vargje të ndryshme të frekuencës së valës në mënyrë që ato të rrjedhin rreth objektit, duke konverguar në anën tjetër të tij, gjë që mund të mos jetë e dukshme për një vëzhgues të jashtëm. Konceptet teorike po shumohen.

Rreth një duzinë muaj më parë, Advanced Optical Materials botoi një artikull rreth një studimi ndoshta novator nga shkencëtarët në Universitetin e Floridës Qendrore. Kush e di nëse ata nuk arritën të kapërcejnë kufizimet ekzistuese në "kapele të padukshme» Ndërtuar nga metamateriale. Sipas informacioneve që ata publikuan, zhdukja e objektit në rrezen e dritës së dukshme është e mundur.

7. Mënyrat teorike të përkuljes së dritës në një objekt të padukshëm

Debashis Chanda dhe ekipi i tij përshkruajnë përdorimin e një metamateriali me një strukturë tre-dimensionale. Ishte e mundur për ta marrë atë në sajë të të ashtuquajturit. printim nanotransferues (NTP), i cili prodhon shirita metal-dielektrikë. Indeksi i thyerjes mund të ndryshohet me metoda nanoinxhinierike. Rruga e përhapjes së dritës duhet të kontrollohet në strukturën sipërfaqësore tredimensionale të materialit duke përdorur metodën e rezonancës elektromagnetike.

Shkencëtarët janë shumë të kujdesshëm në përfundimet e tyre, por nga përshkrimi i teknologjisë së tyre është mjaft e qartë se veshjet e një materiali të tillë janë në gjendje të devijojnë valët elektromagnetike në një masë të madhe. Përveç kësaj, mënyra se si merret materiali i ri lejon prodhimin e zonave të mëdha, gjë që ka bërë që disa të ëndërrojnë luftëtarë të mbuluar me kamuflazh të tillë që do t'u siguronte atyre padukshmëria i plotë, nga radari në dritën e ditës.

Pajisjet e fshehjes që përdorin metamateriale ose teknika optike nuk shkaktojnë zhdukjen aktuale të objekteve, por vetëm padukshmërinë e tyre ndaj mjeteve të zbulimit dhe së shpejti, ndoshta, edhe për syrin. Megjithatë, tashmë ka ide më radikale. Jeng Yi Lee dhe Ray-Kuang Lee nga Universiteti Kombëtar i Tajvanit Tsing Hua propozuan një koncept teorik të një "manteli të padukshmërisë" kuantike të aftë për të hequr objektet jo vetëm nga fusha e shikimit, por edhe nga realiteti në tërësi.

Kjo do të funksionojë ngjashëm me atë që u diskutua më lart, por ekuacioni i Shrodingerit do të përdoret në vend të ekuacioneve të Maxwell. Qëllimi është të shtrihet fusha e probabilitetit të objektit në mënyrë që të jetë e barabartë me zero. Teorikisht, kjo është e mundur në mikroshkallë. Megjithatë, do të duhet një kohë e gjatë për të pritur për mundësitë teknologjike të prodhimit të një mbulese të tillë. si çdo "kapak padukshmërie“Gjë që mund të thuhet se ajo vërtet fshihte diçka nga shikimi ynë.