"Tappijiet tal-inviżibilità" għadhom inviżibbli

L-aħħar fis-serje ta '"limiti ta' inviżibilità" huwa wieħed mill-Università ta 'Rochester (1), li juża sistema ottika xierqa. Madankollu, ix-xettiċi jsejħu dan xi tip ta 'trick illużjoni jew effett speċjali, li fih sistema ta' lenti għaqlija tirrifletti d-dawl u tqarraq bil-viżjoni ta 'l-osservatur.

Hemm xi matematika pjuttost avvanzata wara dan kollu—ix-xjenzati jużawha biex jifhmu kif jaġġustaw iż-żewġ lentijiet sabiex id-dawl jiġi rifratt b’tali mod li l-oġġett direttament warajhom ikun jista’ jinħeba. Din is-soluzzjoni taħdem mhux biss meta tħares direttament lejn il-lentijiet - angolu ta '15-il grad jew ieħor huwa biżżejjed.

1. "Invisibility Cap" mill-Università ta' Rochester.

Jista 'jintuża fil-karozzi biex jelimina l-blind spots fil-mirja jew fil-kmamar tal-operazzjoni billi jippermetti lill-kirurgi jaraw minn idejhom. Dan huwa ieħor f’sensiela twila ta’ rivelazzjonijiet dwar teknoloġija inviżibblili ġew għandna f’dawn l-aħħar snin.

Fl-2012, diġà smajna dwar il-"Kap tal-Inviżibilità" mill-Università Amerikana Duke. Biss l-aktar kurjuż qara allura li kien dwar l-inviżibbiltà ta 'ċilindru żgħir fi framment ċkejkna tal-ispettru tal-microwave. Sena qabel, l-uffiċjali Duke rrappurtaw teknoloġija stealth għas-sonar li tista 'tidher promettenti f'xi ċrieki.

Sfortunatament, kien madwar inviżibbiltà biss minn ċertu perspettiva u f'ambitu dejjaq, li għamlet it-teknoloġija ta 'ftit użu. Fl-2013, inġiniera bla heda f'Duke pproponew apparat stampat 3D li jgħatti oġġett imqiegħed ġewwa b'mikro-toqob fl-istruttura (2). Madankollu, għal darb'oħra, dan ġara f'medda limitata ta 'wavelength u biss minn ċertu perspettiva.

F'ritratti ppubblikati fuq l-Internet, il-kappa tal-kumpanija Kanadiża Hyperstealth, li fl-2012 kienet reklamata taħt l-isem intriganti Quantum Stealth (3), dehret promettenti. Sfortunatament, prototipi li jaħdmu qatt ma ġew murija u qatt ma ġie spjegat kif ħadmu. Il-kumpanija tikkwota kwistjonijiet ta 'sigurtà bħala r-raġuni u b'mod misterjuż tirrapporta li qed tħejji verżjonijiet sigrieti tal-prodott għall-militar.

Monitor ta 'quddiem, kamera ta' wara

L-ewwel modernalimitu tal-inviżibbiltà» Introdott għaxar snin ilu mill-inġinier Ġappuniż Prof. Susumu Tachi mill-Università ta 'Tokjo. Huwa uża kamera pożizzjonata wara raġel liebes kowt li kien ukoll monitor. Immaġini mill-kamera ta’ wara ġiet ipproġettata fuqha. Ir-raġel fil-mantell kien "inviżibbli". Trick simili jintuża mill-apparat tal-kamuflaġġ tal-vetturi Adaptiv introdott fl-għaxar snin preċedenti minn BAE Systems (4).

Hija turi immaġni infra-aħmar "minn wara" fuq l-armatura tat-tank. Magna bħal din sempliċement ma tidhirx f'apparati tal-vista. L-idea tal-maskra ta 'oġġetti ħadet forma fl-2006. John Pendry ta 'Imperial College London u David Schurig u David Smith ta' Duke University ppubblikaw it-teorija tal-"ottika tat-trasformazzjoni" fil-ġurnal Science u ppreżentaw kif taħdem fil-każ tal-microwave (wavelengths itwal minn dawl viżibbli).

2. "Kap ta' l-inviżibilità" stampat fi tliet dimensjonijiet.

Bl-għajnuna ta 'metamaterjali xierqa, mewġa elettromanjetika tista' titgħawweġ b'tali mod li tevita oġġett tal-madwar u terġa 'lura għall-mogħdija attwali tagħha. Parametru li jikkaratterizza r-rispons ottiku ġenerali ta 'mezz huwa l-indiċi refrattiv, li jiddetermina kemm-il darba aktar bil-mod milli f'vakwu dawl jiċċaqlaq f'mezz partikolari. Aħna nikkalkulawha bħala l-għerq tal-prodott tal-permeabiltajiet relattivi elettriċi u manjetiċi.

permessività elettrika relattiva; jiddetermina kemm-il darba l-forza ta 'interazzjoni elettrika f'sustanza partikolari hija inqas mill-forza ta' interazzjoni fil-vakwu. Għalhekk, hija miżura ta 'kemm il-piżijiet elettriċi fi ħdan sustanza jirrispondu għal kamp elettriku estern. Il-biċċa l-kbira tas-sustanzi għandhom kostanti dielettrika pożittiva, li jfisser li l-kamp modifikat mis-sustanza għad għandu l-istess tifsira bħall-kamp estern.

Il-permeabilità manjetika relattiva m tiddetermina kif il-kamp manjetiku jinbidel fi spazju mimli b'materjal partikolari, meta mqabbel mal-kamp manjetiku li jkun jeżisti fil-vakwu bl-istess sors ta 'kamp manjetiku estern. Għas-sustanzi kollha li jseħħu b'mod naturali, il-permeabilità manjetika relattiva hija pożittiva. Għal midja trasparenti bħal ħġieġ jew ilma, it-tliet kwantitajiet huma pożittivi.

Imbagħad id-dawl, li jgħaddi mill-vakwu jew mill-arja (il-parametri tal-arja huma biss kemmxejn differenti mill-vakwu) fil-medju, jiġi rifrattjat skont il-liġi tar-rifrazzjoni u l-proporzjon tas-sine tal-angolu tal-inċidenza mas-sino tal-angolu tal- rifrazzjoni hija ugwali għall-indiċi refrattiv għal mezz partikolari. Il-valur huwa inqas minn żero; u m tfisser li l-elettroni fil-medju jimxu fid-direzzjoni opposta għall-forza maħluqa mill-kamp elettriku jew manjetiku.

Dan huwa eżattament dak li jiġri fil-metalli, li fihom il-gass elettroniku ħieles jgħaddi mill-vibrazzjonijiet tiegħu stess. Jekk il-frekwenza tal-mewġ elettromanjetiku ma taqbiżx il-frekwenza ta 'dawn l-oxxillazzjonijiet naturali tal-elettroni, allura dawn l-oxxillazzjonijiet jiskrinjaw il-kamp elettriku tal-mewġ b'mod tant effettiv li ma jippermettux li jippenetra fil-fond fil-metall u saħansitra joħloq kamp dirett oppost għall-kamp estern.

Bħala riżultat, il-kostanti dielettrika ta 'tali materjal hija negattiva. Ma jistgħux jippenetraw fil-fond fil-metall, ir-radjazzjoni elettromanjetika hija riflessa mill-wiċċ tal-metall, u l-metall innifsu jakkwista tleqq karatteristika. X'jiġri jekk iż-żewġ tipi ta 'kostanti dielettriċi kienu negattivi? Din il-mistoqsija saret fl-1967 mill-fiżiku Russu Viktor Veselago. Jirriżulta li l-indiċi ta 'rifrazzjoni ta' tali mezz huwa negattiv u d-dawl huwa rifratt b'mod kompletament differenti minn dak li ġej mil-liġi tas-soltu tar-rifrazzjoni.

5. Rifrazzjoni negattiva fuq il-wiċċ ta 'metamaterjal - viżwalizzazzjoni

Imbagħad l-enerġija tal-mewġ elettromanjetiku tiġi trasferita 'l quddiem, iżda l-ogħla livelli tal-mewġ elettromanjetiku jimxu fid-direzzjoni opposta għall-forma tal-polz u l-enerġija trasferita. Materjali bħal dawn ma jeżistux fin-natura (m'hemm l-ebda sustanzi b'permeabilità manjetika negattiva). Il-pubblikazzjoni tal-2006 imsemmija hawn fuq u ħafna pubblikazzjonijiet oħra maħluqa fis-snin ta' wara biss setgħu jiddeskrivu u għalhekk jibnu strutturi artifiċjali b'indiċi rifrattiv negattiv (5).

Kienu jissejħu metamaterjali. Il-prefiss Grieg "meta" ifisser "wara", jiġifieri, dawn huma strutturi magħmula minn materjali naturali. Il-metamaterjali jiksbu l-proprjetajiet li jeħtieġu billi jibnu ċirkwiti elettriċi ċkejkna li jimitaw il-proprjetajiet manjetiċi jew elettriċi tal-materjal. Ħafna metalli għandhom permeabilità elettrika negattiva, għalhekk huwa biżżejjed li tħalli spazju għal elementi li jagħtu rispons manjetiku negattiv.

Minflok metall omoġenju, ħafna wajers tal-metall irqaq irranġati fi gradilja kubi huma mwaħħla ma 'pjanċa ta' materjal iżolanti. Billi tbiddel id-dijametru tal-wajers u d-distanza bejniethom, tista 'taġġusta l-valuri tal-frekwenza li fihom l-istruttura se jkollha permeabilità elettrika negattiva. Biex tinkiseb permeabilità manjetika negattiva fl-aktar każ sempliċi, id-disinn jikkonsisti f'żewġ ċrieki miksura magħmula minn konduttur tajjeb (per eżempju, deheb, fidda jew ram) u separati minn saff ta 'materjal ieħor.

Din is-sistema tissejjaħ split ring resonator - imqassar bħala SRR. Resonator b'ċirku maqsum (6). Minħabba l-lakuni fiċ-ċrieki u d-distanza bejniethom, għandu ċertu capacitance, bħal capacitor, u peress li ċ-ċrieki huma magħmula minn materjal konduttiv, għandu wkoll ċertu inductance, i.e. abbiltà li jiġġenera kurrenti.

Bidliet fil-kamp manjetiku estern minn mewġ elettromanjetiku jikkawżaw kurrent li jgħaddi fiċ-ċrieki, u dan il-kurrent joħloq kamp manjetiku. Jirriżulta li b'disinn xieraq, il-kamp manjetiku maħluq mis-sistema huwa dirett oppost għall-kamp estern. Dan iwassal għal permeabilità manjetika negattiva tal-materjal li fih elementi bħal dawn. Billi jiġu stabbiliti l-parametri ta 'sistema metamaterjal, huwa possibbli li tinkiseb rispons manjetiku negattiv f'firxa pjuttost wiesgħa ta' frekwenzi tal-mewġ.

Meta - bini

Il-ħolma tad-disinjaturi hija li tinbena sistema li fiha idealment il-mewġ jiċċirkola madwar oġġett (7). Fl-2008, xjenzati fl-Università ta 'California, Berkeley, ħolqu l-ewwel materjali tridimensjonali li għandhom indiċi refrattiv negattiv għal dawl viżibbli u qrib infra-aħmar, dawl liwi fid-direzzjoni opposta tad-direzzjoni naturali tiegħu. Huma ħolqu metamaterjal ġdid billi għaqqad il-fidda mal-fluworidu tal-manjeżju.

Imbagħad jinqata 'f'matriċi li tikkonsisti minn labar ta' daqs żgħir. Il-fenomenu ta 'rifrazzjoni negattiva ġie osservat f'tul ta' mewġ ta '1500 nm (infrared qrib). Fil-bidu tal-2010, Tolga Ergin mill-Istitut tat-Teknoloġija ta’ Karlsruhe u l-kollegi tiegħu mill-Imperial College ta’ Londra ħolqu inviżibbli purtiera tar-raġġ baxx. Ir-riċerkaturi użaw materjali disponibbli fis-suq.

Huma użaw kristalli fotoniċi mqiegħda fuq wiċċ biex ikopru protrużjoni mikroskopika fuq pjanċa tad-deheb. Allura l-metamaterjal inħoloq minn lentijiet speċjali. Il-lentijiet biswit il-ħotba fuq il-pjanċa jinsabu b'tali mod li, billi jiddevjaw parti mill-mewġ tad-dawl, jeliminaw it-tifrix tad-dawl fuq in-nefħa. Billi osservaw il-pjanċa taħt mikroskopju, bl-użu ta 'dawl b'wavelength qrib dak tad-dawl viżibbli, ix-xjentisti raw pjanċa ċatta.

Aktar tard, riċerkaturi minn Duke University u Imperial College London irnexxielhom jiksbu riflessjoni negattiva tar-radjazzjoni microwave. Biex jinkiseb dan l-effett, elementi individwali tal-istruttura tal-metamaterjal għandhom ikunu iżgħar mill-wavelength tad-dawl. Allura dan huwa kompitu teknikament ta 'sfida, li jeħtieġ il-produzzjoni ta' strutturi metamaterjali żgħar ħafna li jaqblu mal-wavelength tad-dawl li għandhom bżonn biex jirrifrattaw.

Dawl viżibbli (vjola għal aħmar) għandu wavelength ta '380 sa 780 nanometru (nanometru huwa biljun wieħed ta' metru). Speċjalisti tan-nanoteknoloġija mill-Università Skoċċiża ta 'St. Andrews ġew għas-salvataġġ. Huma kisbu saff wieħed ta 'metamaterjal b'netwerk estremament dens. Il-Ġurnal Ġdid tal-Fiżika jiddeskrivi metaflex li jista 'jgħawweġ wavelengths ta' madwar 620 nanometru (dawl oranġjo-aħmar).

Fl-2012, grupp ta 'riċerkaturi Amerikani mill-Università ta' Texas f'Austin ippreżenta trick kompletament differenti bl-użu tal-microwave. Iċ-ċilindru ta 'dijametru ta' 18-il ċm kien miksi b'materjal tal-plażma b'impedenza negattiva, li jippermetti li l-proprjetajiet jiġu manipulati. Jekk ikollha eżattament il-proprjetajiet ottiċi opposti għall-oġġett moħbi, toħloq tip ta '"negattiv".

Għalhekk, iż-żewġ mewġ jikkoinċidu u l-oġġett isir inviżibbli. Bħala riżultat, il-materjal jista 'jgħawweġ diversi firxiet ta' frekwenza differenti tal-mewġ sabiex jiċċirkolaw madwar l-oġġett, li jikkonverġu fuq in-naħa l-oħra tiegħu, li jista 'jidher imperċettibbli għal osservatur minn barra. Kunċetti teoretiċi qed jimmultiplikaw.

Madwar tużżana xahar ilu, deher artiklu f’Materjali Ottiċi Avvanzati dwar studju li jista’ jkun innovattiv minn xjenzati fl-Università ta’ Florida Ċentrali. Min jaf jekk naqsux li jegħlbu r-restrizzjonijiet eżistenti fuq "kpiepel inviżibbli»Mibnija minn metamaterjali. Skont l-informazzjoni li ppubblikaw, huwa possibbli li oġġett jisparixxi fil-medda tad-dawl viżibbli.

7. Modi teoretiċi ta 'liwi tad-dawl fuq oġġett inviżibbli

Debashis Chanda u t-tim tiegħu jiddeskrivu l-użu ta 'metamaterjal bi struttura tridimensjonali. Irnexxielna niksbuha grazzi għall-hekk imsejħa. stampar nanotransfer (NTP), li jipproduċi tejps dielettriċi tal-metall. L-indiċi ta 'rifrazzjoni jista' jinbidel bl-użu ta 'metodi ta' nanoinġinerija. Il-mogħdija tal-propagazzjoni tad-dawl għandha tkun ikkontrollata fl-istruttura tal-wiċċ tridimensjonali tal-materjal bl-użu ta 'teknika ta' reżonanza elettromanjetika.

Ix-xjentisti huma kawti ħafna fil-konklużjonijiet tagħhom, iżda mid-deskrizzjoni tat-teknoloġija tagħhom huwa assolutament ċar li kisjiet magħmulin minn materjal bħal dan huma kapaċi li jiddevjaw b'mod sinifikanti l-mewġ elettromanjetiku. Barra minn hekk, il-metodu tal-kisba tal-materjal il-ġdid jippermetti l-produzzjoni ta 'żoni kbar, li għamlu xi wħud diġà ħolma ta' ġellieda miksija b'kamuflaġġ bħal dan li jipprovdilhom inviżibbiltà kompluta, mir-radar sad-dawl tal-ġurnata.

Mezzi ta 'cloaking li jużaw metamaterjali jew tekniki ottiċi ma jikkawżawx l-għajbien attwali ta' oġġetti, iżda biss l-inviżibilità tagħhom għal mezzi ta 'skoperta, u dalwaqt, possibilment, għall-għajn. Madankollu, diġà hemm ideat aktar radikali. Jeng Yi Lee u Ray-Kuang Lee mill-Università Nazzjonali tat-Tajwan Tsing Hua pproponew kunċett teoretiku ta '"limitu ta' inviżibilità" quantum li jista 'jneħħi oġġetti mhux biss mill-vista, iżda wkoll mir-realtà kollha kemm hi.

Dan se jaħdem simili għal dak li ġie diskuss hawn fuq, iżda minflok l-ekwazzjonijiet ta 'Maxwell, se tintuża l-ekwazzjoni ta' Schrödinger. L-idea hija li tiġġebbed il-qasam tal-probabbiltà tal-oġġett sabiex tkun ugwali għal żero. Teoretikament, dan huwa possibbli fil-mikroskala. Madankollu, se jieħu ħafna żmien biex tistenna l-possibbiltajiet teknoloġiċi tal-manifattura ta 'kopertura bħal din. Simili għal kwalunkwe "limitu tal-inviżibbiltà“Li jista’ jingħad li kienet tassew qed taħbi xi ħaġa mill-fehma tagħna.