„Капчињата за невидливост“ сè уште се невидливи

Последната во низата „наметки на невидливоста“ е онаа родена на Универзитетот во Рочестер (1), која користи соодветен оптички систем. Сепак, скептиците го нарекуваат некаков илузионистички трик или специјален ефект, во кој паметен систем на леќи ја прекршува светлината и го мами видот на набљудувачот.

Зад сето тоа се крие прилично напредна математика - научниците треба да ја искористат за да откријат како да ги постават двете леќи така што светлината ќе се прекрши на таков начин што тие можат да го сокријат предметот директно зад нив. Ова решение работи не само кога гледате директно во леќите - доволен е агол од 15 степени или друг.

1. „Невидливо капа“ од Универзитетот во Рочестер.

Може да се користи во автомобили за да се елиминираат слепите точки во огледалата или во операционите сали, овозможувајќи им на хирурзите да гледаат низ нивните раце. Ова е уште едно од долгата серија откритија за невидлива технологијакои ни дојдоа во последните години.

Во 2012 година веќе слушнавме за „Капата на невидливоста“ од американскиот универзитет Дјук. Само најљубезните прочитаа тогаш дека се работи за невидливоста на мал цилиндар во мал фрагмент од микробрановиот спектар. Една година претходно, официјалните лица на Дјук известија за технологијата за стелт-сонар што може да изгледа ветувачка во некои кругови.

За жал, беше невидливост само од одредена гледна точка и во тесен опсег, што ја направи технологијата мала корист. Во 2013 година, неуморните инженери во Дјук предложија 3D печатен уред кој камуфлира предмет поставен внатре со микро-дупки во структурата (2). Сепак, повторно, ова се случи во ограничен опсег на бранови и само од одредена гледна точка.

Фотографиите објавени на Интернет изгледаа ветувачки рт на канадската компанија Hyperstealth, која во 2012 година беше рекламирана под интригантното име Quantum Stealth (3). За жал, работните прототипови никогаш не се демонстрирани, ниту пак е објаснето како функционира. Компанијата ги наведува безбедносните проблеми како причина и криптично известува дека подготвува тајни верзии на производот за војската.

Преден монитор, задна камера

Прво модернокапа за невидливост» Воведен пред десет години од јапонскиот инженер проф. Сусуму Тачи од Универзитетот во Токио. Тој користел камера поставена зад маж кој носел капут кој исто така бил монитор. Сликата од задната камера беше проектирана на неа. Човекот со наметка бил „невидлив“. Сличен трик користи и уредот за камуфлажа на возила Adaptiv воведен во претходната деценија од BAE Systems (4).

Прикажува инфрацрвена слика „од позади“ на оклопот на тенкот. Таква машина едноставно не се гледа во уредите за видување. Идејата за маскирање на предмети се оформи во 2006 година. Џон Пендри од Империјалниот колеџ во Лондон, Дејвид Шуриг и Дејвид Смит од Универзитетот Дјук ја објавија теоријата за „трансформациска оптика“ во списанието Science и претставија како таа функционира во случај на микробранови (подолги бранови должини од видливата светлина).

2. „Капа за невидливост“ испечатена во три димензии.

Со помош на соодветни метаматеријали, електромагнетниот бран може да се свитка на таков начин што ќе го заобиколи околниот објект и ќе се врати на неговата сегашна патека. Параметарот што ја карактеризира општата оптичка реакција на медиумот е индексот на рефракција, кој одредува колку пати побавно отколку во вакуум, светлината се движи во овој медиум. Го пресметуваме како корен на производот на релативна електрична и магнетна пропустливост.

релативна електрична пропустливост; одредува колку пати силата на електричната интеракција во дадена супстанција е помала од силата на интеракција во вакуум. Затоа, тоа е мерка за тоа колку силно електричните полнежи во супстанцијата реагираат на надворешно електрично поле. Повеќето супстанции имаат позитивна пропустливост, што значи дека полето што го менува супстанцијата сè уште го има истото значење како надворешното поле.

Релативната магнетна пропустливост m одредува како се менува магнетното поле во простор исполнет со даден материјал, во споредба со магнетното поле што би постоело во вакуум со истиот надворешен извор на магнетно поле. За сите природни супстанции, релативната магнетна пропустливост е позитивна. За транспарентни медиуми како стакло или вода, сите три количини се позитивни.

Потоа светлината, преминувајќи од вакуум или воздух (параметрите на воздухот се само малку различни од вакуумот) во медиумот, се прекршува според законот за прекршување и односот на синусот на аголот на инциденца до синусот на аголот на прекршување е еднаков на индексот на рефракција за овој медиум. Вредноста е помала од нула; а m значи дека електроните внатре во медиумот се движат во спротивна насока од силата создадена од електричното или магнетното поле.

Токму тоа се случува кај металите, во кои слободниот електронски гас претрпува свои осцилации. Ако фреквенцијата на електромагнетниот бран не ја надминува фреквенцијата на овие природни осцилации на електрони, тогаш овие осцилации го прикажуваат електричното поле на бранот толку ефикасно што не дозволуваат да навлезе длабоко во металот, па дури и создаваат поле насочено спротивно. на надворешното поле.

Како резултат на тоа, пропустливоста на таков материјал е негативна. Не можејќи да навлезе длабоко во металот, електромагнетното зрачење се рефлектира од површината на металот, а самиот метал добива карактеристичен сјај. Што ако двата типа на пропустливост беа негативни? Ова прашање го поставил рускиот физичар Виктор Веселаго во 1967 година. Излегува дека индексот на прекршување на таков медиум е негативен, а светлината се прекршува на сосема поинаков начин отколку што следи од вообичаениот закон за прекршување.

5. Негативна рефракција на површината на метаматеријал - визуелизација

Тогаш енергијата на електромагнетниот бран се пренесува напред, но максимумите на електромагнетниот бран се движат во спротивна насока од обликот на импулсот и пренесената енергија. Такви материјали не постојат во природата (нема супстанции со негативна магнетна пропустливост). Само во публикацијата од 2006 година спомената погоре и во многу други публикации создадени во следните години, беше можно да се опишат и, според тоа, да се изградат вештачки структури со негативен индекс на рефракција (5).

Тие се нарекуваат метаматеријали. Грчкиот префикс „мета“ значи „по“, односно тоа се структури направени од природни материјали. Метаматеријалите ги добиваат својствата што им се потребни со градење на мали електрични кола кои ги имитираат магнетните или електричните својства на материјалот. Многу метали имаат негативна електрична пропустливост, па доволно е да се остави простор за елементите кои даваат негативен магнетен одговор.

Наместо хомоген метал, многу тенки метални жици распоредени во форма на кубна решетка се прикачени на плоча со изолационен материјал. Со менување на дијаметарот на жиците и растојанието меѓу нив, можно е да се прилагодат вредностите на фреквенцијата при кои структурата ќе има негативна електрична пропустливост. За да се добие негативна магнетна пропустливост во наједноставен случај, дизајнот се состои од два скршени прстени направени од добар проводник (на пример, злато, сребро или бакар) и разделени со слој од друг материјал.

Таквиот систем се нарекува резонатор на сплит прстен - скратено како SRR, од англискиот. Резонатор со сплит-прстен (6). Поради празнините во прстените и растојанието меѓу нив, тој има одредена капацитивност, како кондензатор, а бидејќи прстените се направени од спроводлив материјал, има и одредена индуктивност, т.е. способност за генерирање струи.

Промените во надворешното магнетно поле од електромагнетниот бран предизвикуваат струја да тече во прстените, а оваа струја создава магнетно поле. Излегува дека со соодветен дизајн, магнетното поле создадено од системот е насочено спротивно на надворешното поле. Ова резултира со негативна магнетна пропустливост на материјал што содржи такви елементи. Со поставување на параметрите на системот на метаматеријал, може да се добие негативен магнетен одговор во прилично широк опсег на бранови фреквенции.

мета - зграда

Сонот на дизајнерите е да изградат систем во кој брановите идеално би течеле околу објектот (7). Во 2008 година, научниците од Универзитетот во Калифорнија, Беркли, за прв пат во историјата, создадоа тродимензионални материјали кои имаат негативен индекс на рефракција за видлива и блиска инфрацрвена светлина, свиткувајќи ја светлината во насока спротивна на нејзината природна насока. Тие создадоа нов метаматеријал со комбинирање на среброто со магнезиум флуорид.

Потоа се сече на матрица составена од минијатурни игли. Феноменот на негативна рефракција е забележан на бранови должини од 1500 nm (близу инфрацрвеното). Во почетокот на 2010 година, Толга Ергин од Технолошкиот институт Карлсруе и колегите од Империал колеџ во Лондон создадоа невидлив светлосна завеса. Истражувачите користеле материјали достапни на пазарот.

Тие користеле фотонски кристали поставени на површина за покривање на микроскопско испакнување на златна плоча. Така, метаматеријалот е создаден од специјални леќи. Леќите спроти грпка на плочата се наоѓаат на таков начин што, со отклонување на дел од светлосните бранови, го елиминираат расејувањето на светлината на испакнатоста. Со набљудување на плочата под микроскоп, користејќи светлина со бранова должина блиска до онаа на видливата светлина, научниците видоа рамна плоча.

Подоцна, истражувачите од Универзитетот Дјук и Империјалниот колеџ во Лондон успеаја да добијат негативен одраз на микробранова радијација. За да се добие овој ефект, поединечните елементи на метаматеријалната структура мора да бидат помали од брановата должина на светлината. Значи, тоа е технички предизвик кој бара производство на многу мали метаматеријални структури кои одговараат на брановата должина на светлината што треба да ја прекршат.

Видливата светлина (виолетова до црвена) има бранова должина од 380 до 780 нанометри (нанометар е една милијардити дел од метарот). На помош дојдоа нанотехнолозите од шкотскиот универзитет Сент Ендрјус. Тие добија еден слој на екстремно густо мрежест метаматеријал. На страниците на New Journal of Physics се опишува метафлекс способен да свитка бранови должини од околу 620 нанометри (портокалово-црвена светлина).

Во 2012 година, група американски истражувачи од Универзитетот во Тексас во Остин смислија сосема поинаков трик користејќи микробранови. Цилиндар со дијаметар од 18 cm беше обложен со плазма материјал со негативна импеданса, што овозможува манипулација со својствата. Ако ги има токму спротивните оптички својства на скриениот објект, тој создава еден вид „негатив“.

Така, двата брана се преклопуваат и објектот станува невидлив. Како резултат на тоа, материјалот може да свитка неколку различни фреквентни опсези на бранот, така што тие течат околу објектот, спојувајќи се на другата страна од него, што можеби не е забележливо за надворешниот набљудувач. Теоретските концепти се множат.

Пред десетина месеци, Advanced Optical Materials објави статија за веројатно револуционерна студија на научниците од Универзитетот во Централна Флорида. Којзнае дали не успеаја да ги надминат постоечките ограничувања на „невидливи капи» Изграден од метаматеријали. Според информациите што ги објавија, можно е исчезнување на објектот во опсегот на видливата светлина.

7. Теоретски начини на свиткување на светлината на невидлив предмет

Дебашис Чанда и неговиот тим ја опишуваат употребата на метаматеријал со тродимензионална структура. Тоа беше можно да се добие благодарение на т.н. нанотрансфер печатење (NTP), кое произведува метално-диелектрични ленти. Индексот на рефракција може да се промени со наноинженерски методи. Патеката на ширење на светлината мора да се контролира во тродимензионалната површинска структура на материјалот користејќи го методот на електромагнетна резонанца.

Научниците се многу внимателни во своите заклучоци, но од описот на нивната технологија е сосема јасно дека облогите од таков материјал се способни да ги оттргнат електромагнетните бранови во голема мера. Дополнително, начинот на кој се добива новиот материјал овозможува производство на големи површини, што доведе некои да сонуваат за борци покриени со таква камуфлажа што ќе им обезбеди невидливост комплетно, од радар до дневна светлина.

Уредите за прикривање кои користат метаматеријали или оптички техники не предизвикуваат вистинско исчезнување на предметите, туку само нивна невидливост за алатките за откривање, а наскоро, можеби и за окото. Сепак, веќе има порадикални идеи. Џенг Ји Ли и Реј-Куанг Ли од тајванскиот национален универзитет Цинг Хуа предложија теоретски концепт на квантна „наметка на невидливоста“ способна да ги отстранува предметите не само од видното поле, туку и од реалноста како целина.

Ова ќе работи слично на она што беше дискутирано погоре, но Шредингеровата равенка ќе се користи наместо Максвеловите равенки. Поентата е да се истегне полето за веројатност на објектот така што тоа е еднакво на нула. Теоретски, ова е можно во микроскала. Сепак, ќе биде потребно долго време да се чекаат технолошките можности за производство на таков капак. Како и секој"капа за невидливост„Што може да се каже дека таа навистина криеше нешто од нашиот поглед.