“Görünmezlik Kapakları” hala görünmez

Bir dizi "görünmezlik pelerinleri"nin en sonuncusu, uygun optik sistemi kullanan Rochester Üniversitesi'nde doğmuştur (1). Bununla birlikte, şüpheciler buna, akıllı bir mercek sisteminin ışığı kırdığı ve gözlemcinin görüşünü aldattığı bir tür illüzyon hilesi veya özel efekt diyor.

Her şeyin arkasında oldukça gelişmiş bir matematik var - bilim adamlarının, ışığın nesneyi doğrudan arkalarına gizleyebilecekleri bir şekilde kırılması için iki merceği nasıl ayarlayacaklarını bulmak için bunu kullanmaları gerekiyor. Bu çözüm yalnızca doğrudan lenslere bakıldığında işe yaramaz - 15 derecelik bir açı yeterlidir.

1. Rochester Üniversitesi'nden "Görünmezlik Şapkası".

Arabalarda aynalardaki veya ameliyathanelerdeki kör noktaları ortadan kaldırmak için kullanılabilir ve cerrahların ellerini görmesini sağlar. Bu, hakkında uzun bir ifşaat dizisinden bir diğeridir. görünmez teknolojison yıllarda başımıza gelenler.

2012'de American Duke Üniversitesi'nden "Görünmezlik Şapkası" nı duyduk. Mikrodalga spektrumunun küçücük bir parçasındaki küçük bir silindirin görünmezliğiyle ilgili olduğunu ancak en meraklısı okuyabilirdi. Bir yıl önce, Duke yetkilileri, bazı çevrelerde umut verici görünebilecek sonar gizli teknolojisi hakkında bir rapor verdi.

Ne yazık ki öyleydi görünmezlik sadece belirli bir bakış açısından ve dar bir kapsamda, bu da teknolojiyi çok az kullandı. 2013 yılında, Duke'daki yorulmak bilmez mühendisler, yapıdaki mikro deliklerle içine yerleştirilmiş bir nesneyi kamufle eden bir 3D baskılı cihaz önerdiler (2). Ancak yine bu, sınırlı bir dalga aralığında ve yalnızca belirli bir bakış açısından gerçekleşti.

İnternette yayınlanan fotoğraflarda, 2012 yılında ilgi çekici Quantum Stealth (3) adıyla reklamı yapılan Kanadalı Hyperstealth şirketinin pelerini umut verici görünüyordu. Ne yazık ki, çalışan prototipler hiçbir zaman gösterilmedi ve nasıl çalıştığı açıklanmadı. Şirket, gerekçe olarak güvenlik sorunlarını gösteriyor ve şifreli bir şekilde, ürünün askeriye için gizli sürümlerini hazırladığını bildiriyor.

Ön monitör, arka kamera

İlk moderngörünmezlik başlığı» On yıl önce Japon mühendis Prof. Tokyo Üniversitesi'nden Susumu Tachi. Aynı zamanda monitör olan bir palto giyen bir adamın arkasına yerleştirilmiş bir kamera kullandı. Arka kameradan gelen görüntü ona yansıtıldı. Pelerinli adam "görünmezdi". Benzer bir numara, önceki on yılda BAE Systems (4) tarafından piyasaya sürülen Adaptiv araç kamuflaj cihazı tarafından kullanılıyor.

Tankın zırhı üzerinde "arkadan" kızılötesi bir görüntü gösterir. Böyle bir makine, nişan alma cihazlarında görülmez. Nesneleri maskeleme fikri 2006 yılında şekillendi. Imperial College London'dan John Pendry, Duke Üniversitesi'nden David Schurig ve David Smith, Science dergisinde "dönüşüm optiği" teorisini yayınladılar ve mikrodalgalarda (görünür ışıktan daha uzun dalga boyları) nasıl çalıştığını sundular.

2. Üç boyutlu baskılı "görünmezlik başlığı".

Uygun metamalzemelerin yardımıyla, bir elektromanyetik dalga, çevreleyen nesneyi atlayacak ve mevcut yoluna geri dönecek şekilde bükülebilir. Ortamın genel optik reaksiyonunu karakterize eden parametre, ışığın bu ortamda vakumdan kaç kat daha yavaş hareket ettiğini belirleyen kırılma indisidir. Göreceli elektrik ve manyetik geçirgenlik ürününün kökü olarak hesaplıyoruz.

bağıl elektrik geçirgenliği; belirli bir maddedeki elektriksel etkileşim kuvvetinin vakumdaki etkileşim kuvvetinden kaç kat daha az olduğunu belirler. Bu nedenle, bir madde içindeki elektrik yüklerinin harici bir elektrik alana ne kadar güçlü tepki verdiğinin bir ölçüsüdür. Çoğu maddenin pozitif bir geçirgenliği vardır, yani madde tarafından değiştirilen alan, dış alanla aynı anlama gelir.

Bağıl manyetik geçirgenlik m, manyetik alanın, aynı harici manyetik alan kaynağına sahip bir vakumda var olacak manyetik alana kıyasla, belirli bir malzeme ile dolu bir alanda nasıl değiştiğini belirler. Doğal olarak oluşan tüm maddeler için, bağıl manyetik geçirgenlik pozitiftir. Cam veya su gibi şeffaf ortamlar için üç nicelik de pozitiftir.

Daha sonra, vakumdan veya havadan (hava parametreleri vakumdan sadece biraz farklıdır) ortama geçen ışık, kırılma yasasına göre kırılır ve geliş açısının sinüsünün kırılma açısının sinüsüne oranıdır. bu ortam için kırılma indisine eşittir. Değer sıfırdan küçüktür; ve m, ortam içindeki elektronların elektrik veya manyetik alan tarafından oluşturulan kuvvete zıt yönde hareket ettiği anlamına gelir.

Serbest elektron gazının kendi salınımlarına maruz kaldığı metallerde olan tam olarak budur. Bir elektromanyetik dalganın frekansı, elektronların bu doğal salınımlarının frekansını aşmıyorsa, bu salınımlar dalganın elektrik alanını o kadar etkili bir şekilde perdeler ki, metalin derinliklerine nüfuz etmesine ve hatta zıt yönde bir alan oluşturmasına izin vermezler. dış alana.

Sonuç olarak, böyle bir malzemenin geçirgenliği negatiftir. Metalin derinliklerine nüfuz edemeyen elektromanyetik radyasyon, metalin yüzeyinden yansır ve metalin kendisi karakteristik bir parlaklık kazanır. Ya her iki geçirgenlik türü negatifse? Bu soru 1967'de Rus fizikçi Viktor Veselago tarafından soruldu. Böyle bir ortamın kırılma indisinin negatif olduğu ve ışığın, olağan kırılma yasasından çıkandan tamamen farklı bir şekilde kırıldığı ortaya çıktı.

5. Bir metamalzemenin yüzeyindeki negatif kırılma - görselleştirme

Daha sonra elektromanyetik dalganın enerjisi ileriye doğru aktarılır, ancak elektromanyetik dalganın maksimumları impulsun şekline ve aktarılan enerjiye ters yönde hareket eder. Bu tür maddeler doğada yoktur (negatif manyetik geçirgenliğe sahip maddeler yoktur). Sadece yukarıda belirtilen 2006 yayınında ve sonraki yıllarda oluşturulan diğer birçok yayında, negatif kırılma indisine sahip yapay yapıların tanımlanması ve dolayısıyla inşa edilmesi mümkün olmuştur (5).

Bunlara metamalzeme denir. Yunanca "meta" öneki "sonra" anlamına gelir, yani bunlar doğal malzemelerden yapılmış yapılardır. Metamalzemeler, malzemenin manyetik veya elektriksel özelliklerini taklit eden küçük elektrik devreleri oluşturarak ihtiyaç duydukları özellikleri kazanırlar. Birçok metalin negatif elektrik geçirgenliği vardır, bu nedenle negatif manyetik tepki veren elementlere yer bırakmak yeterlidir.

Homojen bir metal yerine, kübik bir ızgara şeklinde düzenlenmiş çok sayıda ince metal tel, bir yalıtım malzemesi plakasına tutturulmuştur. Tellerin çapları ve aralarındaki mesafe değiştirilerek yapının negatif elektrik geçirgenliğine sahip olacağı frekans değerleri ayarlanabilmektedir. En basit durumda negatif manyetik geçirgenlik elde etmek için tasarım, iyi bir iletkenden (örneğin altın, gümüş veya bakır) yapılmış ve başka bir malzemeden bir katmanla ayrılmış iki kırık halkadan oluşur.

Böyle bir sisteme ayrık halkalı rezonatör denir - İngilizce'den SRR olarak kısaltılır. Ayrık halkalı rezonatör (6). Halkalardaki boşluklar ve aralarındaki mesafe nedeniyle, bir kondansatör gibi belirli bir kapasitansa sahiptir ve halkalar iletken malzemeden yapıldığı için, aynı zamanda belirli bir endüktansa, yani. akım oluşturma yeteneği.

Elektromanyetik dalgadan dış manyetik alanda meydana gelen değişiklikler halkalarda bir akım akmasına neden olur ve bu akım bir manyetik alan oluşturur. Uygun bir tasarım ile sistemin oluşturduğu manyetik alanın, dış alanın tersine yönlendirildiği ortaya çıkıyor. Bu, bu tür elementleri içeren bir malzemenin negatif manyetik geçirgenliği ile sonuçlanır. Metamalzeme sisteminin parametrelerini ayarlayarak, oldukça geniş bir dalga frekansı aralığında negatif bir manyetik tepki elde edilebilir.

meta bina

Tasarımcıların hayali, dalgaların nesnenin etrafında ideal bir şekilde akacağı bir sistem oluşturmaktır (7). 2008 yılında, Berkeley'deki California Üniversitesi'ndeki bilim adamları, tarihte ilk kez, görünür ve yakın kızılötesi ışık için negatif kırılma indisine sahip, ışığı doğal yönünün tersi yönde büken üç boyutlu malzemeler yarattılar. Gümüşü magnezyum florür ile birleştirerek yeni bir meta malzeme yarattılar.

Daha sonra minyatür iğnelerden oluşan bir matris halinde kesilir. Negatif kırılma olgusu, 1500 nm (yakın kızılötesi) dalga boylarında gözlemlenmiştir. 2010 yılının başlarında, Karlsruhe Institute of Technology'den Tolga Ergin ve Imperial College London'daki meslektaşları, görünmez ışık perdesi. Araştırmacılar piyasada bulunan malzemeleri kullandılar.

Altın bir plaka üzerindeki mikroskobik bir çıkıntıyı örtmek için bir yüzey üzerine serilen fotonik kristalleri kullandılar. Böylece meta malzeme özel lenslerden oluşturuldu. Plaka üzerindeki tümseğin karşısındaki mercekler, ışık dalgalarının bir kısmını saptırarak, ışığın tümsek üzerindeki saçılımını ortadan kaldıracak şekilde yerleştirilmiştir. Bilim adamları, görünür ışığa yakın bir dalga boyuna sahip ışık kullanarak mikroskop altında plakayı gözlemleyerek düz bir plaka gördüler.

Daha sonra Duke Üniversitesi ve Imperial College London'dan araştırmacılar, mikrodalga radyasyonunun negatif bir yansımasını elde etmeyi başardılar. Bu etkiyi elde etmek için, metamalzeme yapısının bireysel öğeleri ışığın dalga boyundan daha az olmalıdır. Bu nedenle, kırılmaları gereken ışığın dalga boyuna uyan çok küçük metamalzeme yapıların üretimini gerektiren teknik bir zorluktur.

Görünür ışık (mordan kırmızıya) 380 ila 780 nanometre dalga boyuna sahiptir (nanometre, metrenin milyarda biridir). İskoç St. Andrews Üniversitesi'nden nanoteknologlar imdada yetişti. Son derece yoğun bir şekilde örülmüş tek bir meta malzeme katmanına sahipler. New Journal of Physics'in sayfaları, yaklaşık 620 nanometrelik (turuncu-kırmızı ışık) dalga boylarını bükebilen bir metaflex'i tanımlar.

2012'de Austin'deki Texas Üniversitesi'ndeki bir grup Amerikalı araştırmacı, mikrodalgaları kullanarak tamamen farklı bir numara buldu. 18 cm çapında bir silindir, özelliklerin manipüle edilmesine izin veren negatif empedanslı bir plazma malzemesi ile kaplanmıştır. Gizli nesnenin tam tersi optik özelliklere sahipse, bir tür "negatif" oluşturur.

Böylece iki dalga üst üste gelir ve cisim görünmez olur. Sonuç olarak, malzeme, dalganın birkaç farklı frekans aralığını, nesnenin etrafında akacak ve nesnenin diğer tarafında birleşerek dışarıdan bir gözlemci tarafından fark edilmeyebilecek şekilde bükebilir. Teorik kavramlar çoğalıyor.

Yaklaşık bir düzine ay önce Advanced Optical Materials, Central Florida Üniversitesi'ndeki bilim adamlarının muhtemelen çığır açan bir çalışması hakkında bir makale yayınladı. Kim bilir " üzerindeki mevcut kısıtlamaları aşamadılar mı?görünmez şapkalar» Metamalzemelerden yapılmıştır. Yayınladıkları bilgilere göre cismin görünür ışık aralığında kaybolması mümkündür.

7. Işığı görünmez bir nesneye bükmenin teorik yolları

Debashis Chanda ve ekibi, üç boyutlu bir yapıya sahip bir metamalzemenin kullanımını anlatıyor. Sözde sayesinde elde etmek mümkün oldu. metal-dielektrik bantlar üreten nanotransfer baskı (NTP). Kırılma indisi nanomühendislik yöntemleriyle değiştirilebilir. Elektromanyetik rezonans yöntemi kullanılarak malzemenin üç boyutlu yüzey yapısında ışığın yayılma yolu kontrol edilmelidir.

Bilim adamları vardıkları sonuçlarda çok dikkatliler, ancak teknolojilerinin açıklamasından, bu tür bir malzemeden yapılan kaplamaların elektromanyetik dalgaları büyük ölçüde saptırabildiği oldukça açık. Ek olarak, yeni malzemenin elde edilme şekli, geniş alanların üretimine izin veriyor, bu da bazılarının, kendilerine sağlayacak kamuflajla kaplı savaşçıları hayal etmesine neden oldu. görünmezlik radardan gün ışığına tamamlandı.

Metamalzemeler veya optik teknikler kullanan gizleme cihazları, nesnelerin fiilen kaybolmasına neden olmaz, yalnızca algılama araçlarına ve yakında, belki de göze görünmez olmalarına neden olur. Ancak, şimdiden daha radikal fikirler var. Ulusal Tayvan Tsing Hua Üniversitesi'nden Jeng Yi Lee ve Ray-Kuang Lee, nesneleri yalnızca görüş alanından değil, aynı zamanda bir bütün olarak gerçeklikten de çıkarabilen teorik bir kuantum "görünmezlik sınırı" kavramı önerdiler.

Bu, yukarıda tartışılanlara benzer şekilde çalışacaktır, ancak Maxwell denklemleri yerine Schrödinger denklemi kullanılacaktır. Amaç, nesnenin olasılık alanını sıfıra eşit olacak şekilde genişletmektir. Teorik olarak, bu mikro ölçekte mümkündür. Ancak böyle bir kapağı imal etmenin teknolojik olanaklarını beklemek uzun zaman alacaktır. Herhangi bir " gibigörünmezlik başlığı“Bizim görüşümüze göre gerçekten bir şeyler sakladığı söylenebilir.