"Kofia zisizoonekana" bado hazionekani

Hivi karibuni katika mfululizo wa "nguo za kutoonekana" ni yule aliyezaliwa katika Chuo Kikuu cha Rochester (1), ambacho kinatumia mfumo wa macho unaofaa. Hata hivyo, watu wenye kutilia shaka huiita aina fulani ya hila ya uwongo au athari maalum, ambayo mfumo wa lenzi wa busara huzuia mwanga na kudanganya maono ya mwangalizi.

Kuna hesabu ya hali ya juu nyuma ya yote hayo—wanasayansi wanahitaji kuitumia kutafuta jinsi ya kusanidi lenzi hizo mbili ili mwanga urudishwe kwa njia ambayo wanaweza kuficha kitu nyuma yao. Suluhisho hili linafanya kazi si tu wakati wa kuangalia moja kwa moja kwenye lenses - angle ya digrii 15 au nyingine ni ya kutosha.

1. "Invisibility Cap" kutoka Chuo Kikuu cha Rochester.

Inaweza kutumika katika magari ili kuondokana na matangazo ya vipofu kwenye vioo au katika vyumba vya upasuaji, kuruhusu madaktari wa upasuaji kuona kupitia mikono yao. Hii ni nyingine katika mfululizo mrefu wa ufunuo kuhusu teknolojia isiyoonekanaambayo yametujia katika miaka ya hivi karibuni.

Mnamo 2012, tayari tumesikia juu ya "Cap of Invisibility" kutoka Chuo Kikuu cha Duke cha Amerika. Ni wadadisi tu waliosoma wakati huo kwamba ilikuwa juu ya kutoonekana kwa silinda ndogo katika kipande kidogo cha wigo wa microwave. Mwaka mmoja mapema, maafisa wa Duke waliripoti juu ya teknolojia ya siri ya sonar ambayo inaweza kuonekana kuahidi katika duru zingine.

Kwa bahati mbaya, ilikuwa kutoonekana tu kutoka kwa mtazamo fulani na katika upeo mdogo, ambayo ilifanya teknolojia ya matumizi kidogo. Mnamo 2013, wahandisi wasiochoka huko Duke walipendekeza kifaa cha kuchapishwa cha 3D ambacho kilificha kitu kilichowekwa ndani na shimo ndogo kwenye muundo (2). Walakini, tena, hii ilitokea katika safu ndogo ya mawimbi na kutoka kwa mtazamo fulani tu.

Picha zilizochapishwa kwenye mtandao zilionekana kuahidi kampuni ya cape ya Canada Hyperstealth, ambayo mwaka wa 2012 ilitangazwa chini ya jina la kuvutia la Quantum Stealth (3). Kwa bahati mbaya, prototypes za kufanya kazi hazijawahi kuonyeshwa, wala haijaelezewa jinsi inavyofanya kazi. Kampuni hiyo inataja masuala ya usalama kuwa sababu na inaripoti kwa njia fiche kwamba inatayarisha matoleo ya siri ya bidhaa kwa ajili ya jeshi.

Mfuatiliaji wa mbele, kamera ya nyuma

Kwanza kisasakofia ya kutoonekana» Ilianzishwa miaka kumi iliyopita na mhandisi wa Kijapani Prof. Susumu Tachi kutoka Chuo Kikuu cha Tokyo. Alitumia kamera iliyokuwa nyuma ya mwanamume aliyekuwa amevalia koti ambalo pia lilikuwa ni monitor. Picha kutoka kwa kamera ya nyuma ilionyeshwa ndani yake. Mwanamume aliyevaa kanzu "haonekani". Ujanja sawa unatumiwa na kifaa cha kuficha gari cha Adaptiv kilicholetwa katika muongo uliopita na BAE Systems (4).

Inaonyesha picha ya infrared "kutoka nyuma" kwenye silaha za tank. Mashine kama hiyo haionekani tu kwenye vifaa vya kuona. Wazo la kuficha vitu lilianza mnamo 2006. John Pendry wa Chuo cha Imperial London, David Schurig na David Smith wa Chuo Kikuu cha Duke walichapisha nadharia ya "optics ya mabadiliko" katika jarida la Sayansi na kuwasilisha jinsi inavyofanya kazi katika kesi ya microwaves (wavelengths ndefu kuliko mwanga unaoonekana).

2. "Kofia isiyoonekana" iliyochapishwa kwa vipimo vitatu.

Kwa msaada wa metali zinazofaa, wimbi la sumakuumeme linaweza kuinama kwa njia ya kupita kitu kinachozunguka na kurudi kwenye njia yake ya sasa. Kigezo kinachoonyesha athari ya jumla ya macho ya kati ni faharisi ya refractive, ambayo huamua ni mara ngapi polepole kuliko utupu, mwanga husogea katikati hii. Tunaihesabu kama mzizi wa bidhaa ya upenyezaji wa jamaa wa umeme na sumaku.

upenyezaji wa jamaa wa umeme; huamua ni mara ngapi nguvu ya mwingiliano wa umeme katika dutu fulani ni chini ya nguvu ya mwingiliano katika utupu. Kwa hiyo, ni kipimo cha jinsi nguvu za malipo ya umeme ndani ya dutu hujibu kwa uwanja wa nje wa umeme. Dutu nyingi zina kibali chanya, ambayo ina maana kwamba uwanja uliobadilishwa na dutu bado una maana sawa na uwanja wa nje.

Upenyezaji wa sumaku wa m huamua jinsi uga wa sumaku unavyobadilika katika nafasi iliyojaa nyenzo fulani, ikilinganishwa na uga wa sumaku ambao ungekuwepo katika ombwe lenye chanzo sawa cha uga sumaku wa nje. Kwa vitu vyote vya asili, upenyezaji wa sumaku wa jamaa ni chanya. Kwa maudhui ya uwazi kama vile glasi au maji, viwango vyote vitatu ni vyema.

Kisha mwanga, kupita kutoka kwa utupu au hewa (vigezo vya hewa ni tofauti kidogo tu na utupu) ndani ya kati, hupunguzwa kulingana na sheria ya refraction na uwiano wa sine ya angle ya matukio kwa sine ya angle ya refraction ni. sawa na faharasa ya refractive ya kati hii. Thamani ni chini ya sifuri; na m ina maana kwamba elektroni ndani ya kati huenda kinyume na nguvu iliyoundwa na uwanja wa umeme au magnetic.

Hii ndio hasa kinachotokea katika metali, ambayo gesi ya bure ya elektroni hupitia oscillations yake mwenyewe. Ikiwa mzunguko wa wimbi la sumakuumeme hauzidi mzunguko wa oscillation hizi za asili za elektroni, basi oscillations hizi hutazama uwanja wa umeme wa wimbi kwa ufanisi kwamba haziruhusu kupenya ndani ya chuma na hata kuunda uwanja ulioelekezwa kinyume. kwa uwanja wa nje.

Matokeo yake, ruhusa ya nyenzo hizo ni mbaya. Haiwezi kupenya ndani ya chuma, mionzi ya umeme inaonekana kutoka kwenye uso wa chuma, na chuma yenyewe hupata luster ya tabia. Je, ikiwa aina zote mbili za idhini zingekuwa hasi? Swali hili liliulizwa mwaka wa 1967 na mwanafizikia wa Kirusi Viktor Veselago. Inatokea kwamba index ya refractive ya kati hiyo ni hasi na mwanga ni refracted kwa njia tofauti kabisa kuliko ifuatavyo kutoka kwa sheria ya kawaida ya refraction.

5. Refraction hasi juu ya uso wa metamaterial - taswira

Kisha nishati ya wimbi la sumakuumeme huhamishwa mbele, lakini upeo wa wimbi la sumakuumeme husogea kinyume na umbo la msukumo na nishati iliyohamishwa. Nyenzo hizo hazipo katika asili (hakuna vitu vyenye upenyezaji hasi wa magnetic). Tu katika uchapishaji wa 2006 uliotajwa hapo juu na katika machapisho mengine mengi yaliyoundwa katika miaka iliyofuata, iliwezekana kuelezea na, kwa hiyo, kujenga miundo ya bandia na index mbaya ya refractive (5).

Wanaitwa metamatadium. Kiambishi awali cha Kigiriki "meta" kinamaanisha "baada ya", yaani, haya ni miundo iliyofanywa kutoka kwa vifaa vya asili. Nyenzo za metali hupata sifa zinazohitaji kwa kujenga saketi ndogo za umeme zinazoiga sifa za sumaku au za umeme za nyenzo. Metali nyingi zina upenyezaji hasi wa umeme, kwa hivyo inatosha kuacha nafasi ya vitu ambavyo hutoa majibu hasi ya sumaku.

Badala ya chuma cha homogeneous, waya nyingi za chuma nyembamba zilizopangwa kwa namna ya gridi ya ujazo zimefungwa kwenye sahani ya nyenzo za kuhami. Kwa kubadilisha kipenyo cha waya na umbali kati yao, inawezekana kurekebisha maadili ya mzunguko ambayo muundo utakuwa na upenyezaji hasi wa umeme. Ili kupata upenyezaji hasi wa sumaku katika kesi rahisi zaidi, muundo huo una pete mbili zilizovunjika zilizotengenezwa na kondakta mzuri (kwa mfano, dhahabu, fedha au shaba) na kutengwa na safu ya nyenzo nyingine.

Mfumo kama huo unaitwa resonator ya pete iliyogawanyika - iliyofupishwa kama SRR, kutoka kwa Kiingereza. Resonator ya pete ya mgawanyiko (6). Kwa sababu ya mapungufu katika pete na umbali kati yao, ina uwezo fulani, kama capacitor, na kwa kuwa pete zinafanywa kwa nyenzo za conductive, pia ina inductance fulani, i.e. uwezo wa kuzalisha mikondo.

Mabadiliko katika uwanja wa sumaku wa nje kutoka kwa wimbi la sumakuumeme husababisha mtiririko wa mkondo kwenye pete, na mkondo huu huunda uwanja wa sumaku. Inatokea kwamba kwa kubuni sahihi, shamba la magnetic linaloundwa na mfumo linaelekezwa kinyume na shamba la nje. Hii inasababisha upenyezaji hasi wa sumaku wa nyenzo iliyo na vitu kama hivyo. Kwa kuweka vigezo vya mfumo wa metamaterial, mtu anaweza kupata majibu hasi ya sumaku katika anuwai ya masafa ya mawimbi.

meta - jengo

Ndoto ya wabunifu ni kujenga mfumo ambao mawimbi yangetiririka karibu na kitu (7). Mnamo mwaka wa 2008, wanasayansi katika Chuo Kikuu cha California, Berkeley, kwa mara ya kwanza katika historia, waliunda vifaa vya tatu-dimensional ambavyo vina index hasi ya refractive kwa mwanga unaoonekana na wa karibu wa infrared, wakipiga mwanga katika mwelekeo kinyume na mwelekeo wake wa asili. Waliunda metamaterial mpya kwa kuchanganya fedha na floridi ya magnesiamu.

Kisha hukatwa kwenye tumbo yenye sindano ndogo. Jambo la refraction hasi limezingatiwa kwa urefu wa 1500 nm (karibu na infrared). Mapema 2010, Tolga Ergin wa Taasisi ya Teknolojia ya Karlsruhe na wenzake katika Imperial College London waliunda. asiyeonekana pazia la mwanga. Watafiti walitumia nyenzo zinazopatikana kwenye soko.

Walitumia fuwele za fotoni zilizowekwa juu ya uso ili kufunika mbenuko ndogo kwenye bamba la dhahabu. Kwa hivyo metamaterial iliundwa kutoka kwa lensi maalum. Lenses kinyume na hump kwenye sahani ziko kwa njia ambayo, kwa kupotosha sehemu ya mawimbi ya mwanga, huondoa kueneza kwa mwanga kwenye bulge. Kwa kutazama bamba chini ya darubini, kwa kutumia mwanga wenye urefu wa mawimbi karibu na ule wa mwanga unaoonekana, wanasayansi waliona bamba tambarare.

Baadaye, watafiti kutoka Chuo Kikuu cha Duke na Chuo cha Imperial London waliweza kupata tafakari mbaya ya mionzi ya microwave. Ili kupata athari hii, vipengele vya mtu binafsi vya muundo wa metamaterial lazima iwe chini ya urefu wa mwanga wa mwanga. Kwa hivyo ni changamoto ya kiufundi inayohitaji uundaji wa miundo midogo sana ya metamaterial inayolingana na urefu wa mawimbi ya mwanga ambayo inapaswa kunyunyuliwa.

Mwanga unaoonekana (violet hadi nyekundu) una urefu wa nanometers 380 hadi 780 (nanometer ni bilioni moja ya mita). Nanotechnologists kutoka Chuo Kikuu cha Scotland cha St. Andrews walikuja kuwaokoa. Walipata safu moja ya metamaterial yenye matundu mengi sana. Kurasa za Jarida Jipya la Fizikia zinaelezea metaflex yenye uwezo wa kupinda urefu wa mawimbi wa nanomita 620 hivi (mwanga wa machungwa-nyekundu).

Mnamo 2012, kikundi cha watafiti wa Amerika katika Chuo Kikuu cha Texas huko Austin walikuja na hila tofauti kabisa kutumia microwaves. Silinda yenye kipenyo cha cm 18 iliwekwa na nyenzo hasi ya plasma ya impedance, ambayo inaruhusu kudanganywa kwa mali. Ikiwa ina kinyume kabisa na mali ya macho ya kitu kilichofichwa, inajenga aina ya "hasi".

Kwa hivyo, mawimbi mawili yanaingiliana na kitu kinakuwa kisichoonekana. Kama matokeo, nyenzo zinaweza kupiga safu kadhaa tofauti za mawimbi ili ziweze kutiririka kuzunguka kitu, zikiungana kwa upande wake mwingine, ambao hauwezi kuonekana kwa mwangalizi wa nje. Dhana za kinadharia zinazidisha.

Takriban miezi kumi na mbili iliyopita, Nyenzo za Juu za Macho zilichapisha nakala kuhusu uchunguzi wa kimsingi wa wanasayansi katika Chuo Kikuu cha Central Florida. Nani anajua ikiwa walishindwa kushinda vizuizi vilivyopo kwa "kofia zisizoonekana»Imejengwa kutoka kwa metali. Kulingana na habari waliyochapisha, kutoweka kwa kitu kwenye safu inayoonekana ya mwanga kunawezekana.

7. Njia za kinadharia za kupiga mwanga kwenye kitu kisichoonekana

Debashis Chanda na timu yake wanaelezea matumizi ya metamaterial yenye muundo wa pande tatu. Iliwezekana kuipata shukrani kwa kinachojulikana. uchapishaji wa nanotransfer (NTP), ambayo hutoa kanda za chuma-dielectric. Fahirisi ya refractive inaweza kubadilishwa kwa mbinu za nanoengineering. Njia ya uenezi wa mwanga lazima idhibitiwe katika muundo wa uso wa pande tatu wa nyenzo kwa kutumia mbinu ya resonance ya umeme.

Wanasayansi ni waangalifu sana katika hitimisho lao, lakini kutokana na maelezo ya teknolojia yao ni wazi kabisa kwamba mipako ya nyenzo hiyo ina uwezo wa kuondokana na mawimbi ya umeme kwa kiasi kikubwa. Kwa kuongezea, jinsi nyenzo mpya zinavyopatikana inaruhusu utengenezaji wa maeneo makubwa, ambayo ilisababisha wengine kuota wapiganaji waliofunikwa kwenye ufichaji ambao ungewapatia. kutoonekana kamili, kutoka kwa rada hadi mchana.

Vifaa vya kujificha kwa kutumia metamaterials au mbinu za macho hazisababisha kutoweka halisi kwa vitu, lakini tu kutoonekana kwao kwa zana za kugundua, na hivi karibuni, labda, kwa jicho. Hata hivyo, tayari kuna mawazo makubwa zaidi. Jeng Yi Lee na Ray-Kuang Lee kutoka Chuo Kikuu cha Kitaifa cha Tsing Hua cha Taiwan walipendekeza dhana ya kinadharia ya "nguo ya kutoonekana" ya quantum yenye uwezo wa kuondoa vitu sio tu kutoka kwa uwanja wa maoni, lakini pia kutoka kwa ukweli kwa ujumla.

Hii itafanya kazi sawa na ile iliyojadiliwa hapo juu, lakini equation ya Schrödinger itatumika badala ya milinganyo ya Maxwell. Jambo ni kunyoosha uwanja wa uwezekano wa kitu ili iwe sawa na sifuri. Kinadharia, hii inawezekana katika microscale. Hata hivyo, itachukua muda mrefu kusubiri uwezekano wa kiteknolojia wa kutengeneza kifuniko hicho. Kama yoyote"kofia ya kutoonekana"Ambayo inaweza kusemwa kwamba alikuwa akificha kitu kutoka kwa maoni yetu.