"Tudung Halimunan" masih tidak kelihatan

Yang terbaru dalam siri "jubah halimunan" ialah yang dilahirkan di Universiti Rochester (1), yang menggunakan sistem optik yang sesuai. Walau bagaimanapun, orang yang ragu-ragu memanggilnya sejenis helah ilusi atau kesan khas, di mana sistem kanta pintar membiaskan cahaya dan memperdayakan penglihatan pemerhati.

Terdapat beberapa matematik yang agak maju di sebalik semuanya—saintis perlu menggunakannya untuk mencari cara menyediakan kedua-dua kanta supaya cahaya dibiaskan sedemikian rupa sehingga mereka boleh menyembunyikan objek terus di belakangnya. Penyelesaian ini berfungsi bukan sahaja apabila melihat terus pada kanta - sudut 15 darjah atau yang lain sudah cukup.

1. "Topi Halimunan" dari Universiti Rochester.

Ia boleh digunakan di dalam kereta untuk menghilangkan bintik buta di cermin atau di dalam bilik bedah, membolehkan pakar bedah melihat melalui tangan mereka. Ini adalah satu lagi dalam siri panjang pendedahan tentang teknologi yang tidak kelihatanyang telah datang kepada kami dalam beberapa tahun kebelakangan ini.

Pada tahun 2012, kami telah pun mendengar tentang "Cap of Invisibility" daripada American Duke University. Hanya yang paling ingin tahu dibaca ketika itu bahawa ia adalah mengenai halimunan silinder kecil dalam serpihan kecil spektrum gelombang mikro. Setahun sebelumnya, pegawai Duke melaporkan teknologi siluman sonar yang mungkin kelihatan menjanjikan dalam sesetengah kalangan.

Malangnya, ia adalah halimunan hanya dari sudut pandangan tertentu dan dalam skop yang sempit, yang menjadikan teknologi tidak banyak digunakan. Pada tahun 2013, jurutera tanpa jemu di Duke mencadangkan peranti bercetak 3D yang menyamarkan objek yang diletakkan di dalam dengan lubang mikro dalam struktur (2). Walau bagaimanapun, sekali lagi, ini berlaku dalam julat gelombang yang terhad dan hanya dari sudut pandangan tertentu.

Gambar-gambar yang diterbitkan di Internet kelihatan menjanjikan syarikat tanjung Kanada Hyperstealth, yang pada tahun 2012 telah diiklankan di bawah nama menarik Quantum Stealth (3). Malangnya, prototaip berfungsi tidak pernah ditunjukkan, dan tidak dijelaskan cara ia berfungsi. Syarikat itu menyebut isu keselamatan sebagai sebab dan secara samar melaporkan bahawa ia sedang menyediakan versi rahsia produk untuk tentera.

Monitor depan, kamera belakang

Pertama modentopi halimunan» Diperkenalkan sepuluh tahun lalu oleh jurutera Jepun Prof. Susumu Tachi dari Universiti Tokyo. Dia menggunakan kamera yang diletakkan di belakang seorang lelaki memakai kot yang juga monitor. Imej dari kamera belakang dipancarkan ke atasnya. Lelaki berjubah itu "tidak kelihatan". Helah serupa digunakan oleh peranti penyamaran kenderaan Adaptiv yang diperkenalkan pada dekad sebelumnya oleh BAE Systems (4).

Ia memaparkan imej inframerah "dari belakang" pada perisai kereta kebal. Mesin sedemikian tidak kelihatan dalam peranti penglihatan. Idea untuk menutup objek telah terbentuk pada tahun 2006. John Pendry dari Imperial College London, David Schurig dan David Smith dari Duke University menerbitkan teori "optik transformasi" dalam jurnal Science dan membentangkan cara ia berfungsi dalam kes gelombang mikro (panjang gelombang yang lebih panjang daripada cahaya yang boleh dilihat).

2. "Tudung halimunan" dicetak dalam tiga dimensi.

Dengan bantuan bahan metamaterial yang sesuai, gelombang elektromagnet boleh dibengkokkan sedemikian rupa untuk memintas objek sekeliling dan kembali ke laluan semasanya. Parameter yang mencirikan tindak balas optik umum medium ialah indeks biasan, yang menentukan berapa kali lebih perlahan daripada dalam vakum, cahaya bergerak dalam medium ini. Kami mengira ia sebagai punca produk kebolehtelapan elektrik dan magnet relatif.

kebolehtelapan elektrik relatif; menentukan berapa kali daya interaksi elektrik dalam bahan tertentu adalah kurang daripada daya interaksi dalam vakum. Oleh itu, ia adalah ukuran seberapa kuat cas elektrik dalam bahan bertindak balas terhadap medan elektrik luaran. Kebanyakan bahan mempunyai kemiringan positif, yang bermaksud bahawa medan yang diubah oleh bahan masih mempunyai makna yang sama dengan medan luaran.

Kebolehtelapan magnet relatif m menentukan bagaimana medan magnet berubah dalam ruang yang diisi dengan bahan tertentu, berbanding dengan medan magnet yang akan wujud dalam vakum dengan sumber medan magnet luaran yang sama. Untuk semua bahan semulajadi, kebolehtelapan magnet relatif adalah positif. Bagi media lutsinar seperti kaca atau air, ketiga-tiga kuantiti adalah positif.

Kemudian cahaya, yang melalui vakum atau udara (parameter udara hanya berbeza sedikit daripada vakum) ke dalam medium, dibiaskan mengikut hukum biasan dan nisbah sinus sudut tuju kepada sinus sudut biasan ialah sama dengan indeks biasan untuk medium ini. Nilainya kurang daripada sifar; dan m bermakna elektron di dalam medium bergerak ke arah yang bertentangan dengan daya yang dicipta oleh medan elektrik atau magnet.

Inilah yang berlaku dalam logam, di mana gas elektron bebas mengalami ayunannya sendiri. Jika frekuensi gelombang elektromagnet tidak melebihi frekuensi ayunan semula jadi elektron ini, maka ayunan ini menyaring medan elektrik gelombang dengan begitu berkesan sehingga ia tidak membenarkan ia menembusi jauh ke dalam logam dan juga mewujudkan medan yang diarahkan bertentangan. ke medan luaran.

Akibatnya, ketelusan bahan sedemikian adalah negatif. Tidak dapat menembusi jauh ke dalam logam, sinaran elektromagnet dipantulkan dari permukaan logam, dan logam itu sendiri memperoleh kilauan ciri. Bagaimana jika kedua-dua jenis kebolehperbolehan adalah negatif? Soalan ini ditanya pada tahun 1967 oleh ahli fizik Rusia Viktor Veselago. Ternyata indeks biasan medium sedemikian adalah negatif dan cahaya dibiaskan dengan cara yang sama sekali berbeza daripada yang berikut daripada hukum biasa biasan.

5. Biasan negatif pada permukaan metamaterial - visualisasi

Kemudian tenaga gelombang elektromagnet dipindahkan ke hadapan, tetapi maksimum gelombang elektromagnet bergerak ke arah yang bertentangan dengan bentuk impuls dan tenaga yang dipindahkan. Bahan sedemikian tidak wujud dalam alam semula jadi (tiada bahan dengan kebolehtelapan magnet negatif). Hanya dalam penerbitan 2006 yang disebutkan di atas dan dalam banyak penerbitan lain yang dibuat pada tahun-tahun berikutnya, adalah mungkin untuk menerangkan dan, oleh itu, membina struktur buatan dengan indeks biasan negatif (5).

Mereka dipanggil bahan metamaterial. Awalan Yunani "meta" bermaksud "selepas", iaitu, ini adalah struktur yang diperbuat daripada bahan semula jadi. Metamaterial memperoleh sifat yang mereka perlukan dengan membina litar elektrik kecil yang meniru sifat magnet atau elektrik bahan. Banyak logam mempunyai kebolehtelapan elektrik negatif, jadi cukup untuk meninggalkan ruang untuk unsur-unsur yang memberikan tindak balas magnet negatif.

Daripada logam homogen, banyak wayar logam nipis yang disusun dalam bentuk grid padu dilekatkan pada plat bahan penebat. Dengan menukar diameter wayar dan jarak di antara mereka, adalah mungkin untuk melaraskan nilai frekuensi di mana struktur akan mempunyai kebolehtelapan elektrik negatif. Untuk mendapatkan kebolehtelapan magnet negatif dalam kes yang paling mudah, reka bentuk terdiri daripada dua cincin pecah yang diperbuat daripada konduktor yang baik (contohnya, emas, perak atau tembaga) dan dipisahkan oleh lapisan bahan lain.

Sistem sedemikian dipanggil resonator cincin berpecah - disingkat sebagai SRR, dari bahasa Inggeris. Resonator cincin belah (6). Oleh kerana jurang dalam cincin dan jarak di antara mereka, ia mempunyai kapasitansi tertentu, seperti kapasitor, dan kerana cincin diperbuat daripada bahan konduktif, ia juga mempunyai induktansi tertentu, i.e. keupayaan untuk menghasilkan arus.

Perubahan dalam medan magnet luar daripada gelombang elektromagnet menyebabkan arus mengalir dalam gelang, dan arus ini mencipta medan magnet. Ternyata dengan reka bentuk yang sesuai, medan magnet yang dicipta oleh sistem diarahkan bertentangan dengan medan luaran. Ini mengakibatkan kebolehtelapan magnet negatif bahan yang mengandungi unsur-unsur tersebut. Dengan menetapkan parameter sistem metamaterial, seseorang boleh mendapatkan tindak balas magnet negatif dalam julat frekuensi gelombang yang agak luas.

meta - bangunan

Impian pereka bentuk adalah untuk membina sistem di mana gelombang idealnya akan mengalir di sekeliling objek (7). Pada tahun 2008, saintis di University of California, Berkeley, buat pertama kali dalam sejarah, mencipta bahan tiga dimensi yang mempunyai indeks biasan negatif untuk cahaya nampak dan inframerah dekat, membengkokkan cahaya ke arah yang bertentangan dengan arah semula jadinya. Mereka mencipta metamaterial baharu dengan menggabungkan perak dengan magnesium fluorida.

Kemudian ia dipotong menjadi matriks yang terdiri daripada jarum kecil. Fenomena pembiasan negatif telah diperhatikan pada panjang gelombang 1500 nm (inframerah dekat). Pada awal 2010, Tolga Ergin dari Institut Teknologi Karlsruhe dan rakan sekerja di Imperial College London mencipta tidak kelihatan langsir cahaya. Para penyelidik menggunakan bahan yang terdapat di pasaran.

Mereka menggunakan kristal fotonik yang diletakkan di atas permukaan untuk menutup protrusi mikroskopik pada plat emas. Jadi metamaterial dicipta daripada kanta khas. Kanta yang bertentangan dengan bonggol pada plat terletak sedemikian rupa sehingga, dengan memesongkan sebahagian daripada gelombang cahaya, mereka menghapuskan penyebaran cahaya pada bonjolan. Dengan memerhatikan plat di bawah mikroskop, menggunakan cahaya dengan panjang gelombang yang hampir dengan cahaya yang boleh dilihat, para saintis melihat plat rata.

Kemudian, penyelidik dari Duke University dan Imperial College London dapat memperoleh pantulan negatif sinaran gelombang mikro. Untuk mendapatkan kesan ini, elemen individu struktur metamaterial mestilah kurang daripada panjang gelombang cahaya. Jadi ini adalah cabaran teknikal yang memerlukan penghasilan struktur metamaterial yang sangat kecil yang sepadan dengan panjang gelombang cahaya yang sepatutnya dibiaskan.

Cahaya boleh dilihat (ungu hingga merah) mempunyai panjang gelombang 380 hingga 780 nanometer ( nanometer ialah satu bilion meter). Ahli nanoteknologi dari Universiti Scotland St. Andrews datang untuk menyelamatkan. Mereka mendapat satu lapisan metamaterial berjalin sangat padat. Halaman Jurnal Fizik Baru menerangkan metaflex yang mampu membengkokkan panjang gelombang kira-kira 620 nanometer (cahaya oren-merah).

Pada tahun 2012, sekumpulan penyelidik Amerika di Universiti Texas di Austin menghasilkan helah yang sama sekali berbeza menggunakan gelombang mikro. Sebuah silinder dengan diameter 18 cm disalut dengan bahan plasma impedans negatif, yang membolehkan manipulasi sifat. Jika ia mempunyai sifat optik yang bertentangan dengan objek tersembunyi, ia mewujudkan sejenis "negatif".

Oleh itu, kedua-dua gelombang bertindih dan objek menjadi tidak kelihatan. Akibatnya, bahan boleh membengkokkan beberapa julat frekuensi gelombang yang berbeza supaya ia mengalir di sekeliling objek, menumpu pada sisi lain, yang mungkin tidak dapat dilihat oleh pemerhati luar. Konsep teori semakin mendarab.

Kira-kira sedozen bulan yang lalu, Advanced Optical Materials menerbitkan artikel tentang kemungkinan kajian terobosan oleh saintis di University of Central Florida. Siapa tahu jika mereka gagal mengatasi sekatan sedia ada pada "topi yang tidak kelihatan» Dibina daripada bahan metamaterial. Menurut maklumat yang mereka terbitkan, kehilangan objek dalam julat cahaya boleh dilihat adalah mungkin.

7. Cara teori melenturkan cahaya pada objek yang tidak kelihatan

Debashis Chanda dan pasukannya menerangkan penggunaan bahan meta dengan struktur tiga dimensi. Ia adalah mungkin untuk mendapatkannya terima kasih kepada apa yang dipanggil. percetakan nanotransfer (NTP), yang menghasilkan pita logam-dielektrik. Indeks biasan boleh diubah dengan kaedah nanoengineering. Laluan perambatan cahaya mesti dikawal dalam struktur permukaan tiga dimensi bahan menggunakan kaedah resonans elektromagnet.

Para saintis sangat berhati-hati dalam kesimpulan mereka, tetapi dari penerangan teknologi mereka agak jelas bahawa salutan bahan sedemikian mampu memesongkan gelombang elektromagnet pada tahap yang besar. Di samping itu, cara bahan baru diperoleh membolehkan pengeluaran kawasan yang luas, yang telah menyebabkan beberapa orang mengimpikan pejuang yang diliputi dalam penyamaran sedemikian yang akan memberikan mereka halimunan lengkap, dari radar hingga siang hari.

Peranti penyembunyian menggunakan bahan metamaterial atau teknik optik tidak menyebabkan kehilangan sebenar objek, tetapi hanya halimunan mereka kepada alat pengesanan, dan tidak lama lagi, mungkin, ke mata. Walau bagaimanapun, sudah ada idea yang lebih radikal. Jeng Yi Lee dan Ray-Kuang Lee dari Universiti Tsing Hua Kebangsaan Taiwan mencadangkan konsep teori "jubah halimunan" kuantum yang mampu mengeluarkan objek bukan sahaja dari bidang pandangan, tetapi juga dari realiti secara keseluruhan.

Ini akan berfungsi sama seperti yang dibincangkan di atas, tetapi persamaan Schrödinger akan digunakan dan bukannya persamaan Maxwell. Intinya adalah untuk meregangkan medan kebarangkalian objek supaya ia sama dengan sifar. Secara teorinya, ini boleh dilakukan pada skala mikro. Walau bagaimanapun, ia akan mengambil masa yang lama untuk menunggu kemungkinan teknologi pembuatan penutup sedemikian. Seperti mana-mana"topi halimunan“Yang boleh dikatakan bahawa dia benar-benar menyembunyikan sesuatu daripada pandangan kami.