Το Invisibility Cloaking Goes Film Noir
Φανταστείτε μια σκηνή από μια αστυνομική ταινία της δεκαετίας του 1940. Φωτιζόμενη από ένα φανό του δρόμου, μια σκιερή φιγούρα παραμονεύει μέσα σε μια φωτεινή ομίχλη. Ένας νέος μανδύας αορατότητας θα μπορούσε να κάνει αυτό το άτομο ακόμα πιο μυστηριώδες, εξαφανίζοντάς το. Ο νέος, απλούστερος μανδύας ξεπερνά πολλούς από τους περιορισμούς των προκατόχων του, λένε οι ερευνητές. Λειτουργεί όμως μόνο σε συνθήκες ομίχλης και ορισμένοι ερευνητές αμφισβητούν εάν η τεχνική πρέπει να θεωρείται ως απόκρυψη.
«Είναι μια πολύ έξυπνη ιδέα», λέει ο Shuang Zhang, φυσικός στο Πανεπιστήμιο του Μπέρμιγχαμ στο Ηνωμένο Βασίλειο που δεν ασχολήθηκε με τη νέα εργασία. "Λύνει πολλά από τα μεγάλα προβλήματα" με τους παραδοσιακούς μανδύες.
Το Cloaking μεταπήδησε από την επιστημονική φαντασία στην επιστήμη το 2006, όταν οι θεωρητικοί προέβλεψαν ότι το φως θα μπορούσε να διοχετευτεί γύρω από ένα αντικείμενο για να το κάνει μη ανιχνεύσιμο. Φαντάστηκαν να τοποθετούν το αντικείμενο σε ένα κυλινδρικό ή σφαιρικό κέλυφος «μεταυλικού» — ένα σύνολο από μικροσκοπικές ράβδους και δακτυλίους με συντονίσιμες ηλεκτρικές και μαγνητικές ιδιότητες. Το κέλυφος θα οδηγούσε απαλά τα εισερχόμενα κύματα φωτός γύρω από το αντικείμενο μέσα στο κέντρο του, αντί να τα επιτρέψει να το χτυπήσουν. Αντί να δει το αντικείμενο, ένας παρατηρητής θα έβλεπε τι υπήρχε πίσω από αυτό. Μέσα σε μήνες, οι ερευνητές έφτιαξαν έναν μανδύα που λειτουργούσε για τα μικροκύματα.
Από τότε, οι φυσικοί έχουν φτιάξει μια ποικιλία από μανδύες, όλοι τους περιορισμένοι κατά κάποιο τρόπο. Ο αρχικός μανδύας μπορεί να κρύψει ένα αντικείμενο από το φως που προέρχεται από οποιαδήποτε κατεύθυνση, αλλά λειτουργεί μόνο για φως ενός μόνο μήκους κύματος. Αντίθετα, ένας «μανδύας χαλιού» λειτουργεί σε ένα ευρύτερο φάσμα μηκών κύματος, αλλά μπορεί να κρύψει μόνο ένα αντικείμενο που κάθεται σε μια επιφάνεια, έτσι ώστε να μην μπορεί να το δει κανείς από όλες τις γωνίες. Το 2011, μια ομάδα ερευνητών ανέπτυξε έναν ιδιαίτερα απλό μανδύα χαλιού από δύο κρυστάλλους που μπορούσε να κρύψει αντικείμενα μεγέθους εκατοστών, αλλά λειτουργούσε μόνο για το φως που πολώθηκε προς μία κατεύθυνση. Γενικά, οι φυσικοί αγωνίστηκαν να αναπτύξουν έναν μανδύα που να είναι ευρυζωνικός, πανκατευθυντικός και αρκετά μεγάλος ώστε να κρύβει ένα μακροσκοπικό αντικείμενο.
Τώρα, ο Robert Schittny, ο Martin Wegener και οι συνεργάτες του στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καρλσρούης στη Γερμανία έχουν αναπτύξει έναν μανδύα που έχει όλες αυτές τις ιδιότητες - αν και λειτουργεί μόνο σε συνθήκες ομίχλης ή "διάχυσης". Συνήθως, το φως κλείνει με φερμουάρ σε ευθείες ακτίνες. Σε ένα μέσο όπως η ομίχλη ή το γάλα, ωστόσο, τα φωτόνια αγγίζουν τυχαία μυριάδες αντικείμενα εντός του μέσου—σταγονίδια νερού στην ομίχλη, στερεά γάλακτος στο γάλα. Αυτή η διασπορά κάνει το φως να διαχέεται πιο αργά, όπως ακριβώς η θερμότητα διαχέεται στα κρύα δάχτυλά σας ή ένα άρωμα διαχέεται στον αέρα.
Κάτω από αυτές τις συνθήκες, ο σχεδιασμός ενός μανδύα γίνεται ευκολότερος. Στον αρχικό κυκλικό μανδύα, το φως που παρακάμπτει γύρω από το αντικείμενο πρέπει να επιταχυνθεί για να πιάσει εντελώς το φως που περνάει από τον μανδύα. Για να αποφευχθεί η παραβίαση του κανόνα της σχετικότητας ότι ούτε η ενέργεια ούτε οι πληροφορίες μπορούν να ταξιδέψουν ταχύτερα από την ταχύτητα του φωτός στο κενό, ότι η βιασύνη μπορεί να λειτουργήσει σε μία μόνο συχνότητα. Αντίθετα, σε ένα μέσο διάχυσης, το φως ταξιδεύει πολύ πιο αργά αρχικά. Επομένως, ο μανδύας χρειάζεται μόνο να είναι κατασκευασμένος από ένα υλικό μέσω του οποίου το φως διαχέεται πιο γρήγορα από ό,τι στο περιβάλλον.
Έτσι περιγράφεται ο νέος μανδύας στο διαδίκτυο σήμερα στο Science , έργα. Αποτελείται από μεταλλικό σωλήνα διαμέτρου 3,21 εκατοστών και βαμμένο λευκό. Οι ερευνητές επικάλυψαν τον πυρήνα με 3,85 χιλιοστά ενός πολυμερούς εμποτισμένου με σωματίδια που διασκορπίζουν το φως. Τοποθέτησαν τον μανδύα σε μια δεξαμενή με νερό μολυσμένο με αρκετή λευκή μπογιά ώστε το φως να διαχέεται μέσα από αυτό πιο αργά παρά μέσα από το πολυμερές. Τέλος, φωτοποίησαν τη δεξαμενή με λευκό φως. Χωρίς το ελαστικό πολυμερές στρώμα, ο κύλινδρος εμποδίζει μέρος του φωτός που διαχέεται μέσω του υγρού και ρίχνει μια σκιά. Αλλά μαζί του, η σκιά εξαφανίζεται, καθιστώντας τον κύλινδρο μη ανιχνεύσιμο. Οι ερευνητές δημιούργησαν επίσης έναν παρόμοιο σφαιρικό μανδύα.
«Είναι ευφάνταστο», λέει ο John Pendry, ένας θεωρητικός φυσικός στο Imperial College του Λονδίνου και ένας από τους εφευρέτες της αρχικής ιδέας απόκρυψης. Η διαχυτική προσέγγιση θα μπορούσε να έχει διάφορες εφαρμογές, ίσως σε οθόνες οπίσθιου φωτισμού, λέει ο Pendry. Αλλά δεν θα βοηθήσει πολύ τους μπάτσους και τους απατεώνες. "Δεν μπορώ να φανταστώ γιατί θα θέλατε να καλύψετε κάποιον που έχει ήδη ντύνει την ομίχλη", λέει.
Πράγματι, ο Xiang Zhang, ένας φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, στο Μπέρκλεϋ, αμφισβητεί εάν η τεχνική μετράει πραγματικά ως απόκρυψη, καθώς λειτουργεί μόνο εάν η ομίχλη είναι ήδη αρκετά πυκνή ώστε να κρύβει τις λεπτομέρειες ενός αντικειμένου και ό,τι βρίσκεται πίσω από αυτό. «Μάλλον δεν πρέπει να το λέμε μανδύα ή μανδύα φτωχών», λέει. Σημειώνει ότι η διάχυτη απόκρυψη επιδείχθηκε νωρίτερα αυτό το έτος από φυσικούς στη Σιγκαπούρη που ανέπτυξαν μανδύες για τη θερμότητα.
Η νέα τεχνική μπορεί να υπογραμμίσει το γεγονός ότι στο cloaking, δεν είναι δυνατό να επιτευχθούν τα πάντα ταυτόχρονα, λέει ο Shuang Zhang του Μπέρμιγχαμ:«Φαίνεται ότι υπάρχει ένα θεμελιώδες εμπόδιο εκεί». Και αυτή η πραγματικότητα αποδεικνύεται δύσκολο να κρυφτεί.
