Ang "Invisibility Caps" ay hindi pa rin nakikita

Ang pinakabago sa isang serye ng "cloaks of invisibility" ay ang ipinanganak sa University of Rochester (1), na gumagamit ng naaangkop na optical system. Gayunpaman, tinatawag ito ng mga may pag-aalinlangan na isang uri ng ilusyonistikong panlilinlang o espesyal na epekto, kung saan ang isang matalinong sistema ng lens ay nagre-refract ng liwanag at nililinlang ang paningin ng nagmamasid.

Mayroong ilang medyo advanced na matematika sa likod ng lahat ng ito-kailangan ng mga siyentipiko na gamitin ito upang mahanap kung paano i-set up ang dalawang lens upang ang liwanag ay na-refracted sa paraang maaari nilang itago ang bagay nang direkta sa likod ng mga ito. Ang solusyon na ito ay gumagana hindi lamang kapag direktang tumitingin sa mga lente - sapat na ang isang anggulo ng 15 degrees o iba pa.

1. "Invisibility Cap" mula sa University of Rochester.

Maaari itong gamitin sa mga kotse upang maalis ang mga blind spot sa mga salamin o sa mga operating room, na nagpapahintulot sa mga surgeon na makakita sa pamamagitan ng kanilang mga kamay. Ito ay isa pa sa mahabang serye ng mga paghahayag tungkol sa hindi nakikitang teknolohiyana dumating sa amin sa mga nakaraang taon.

Noong 2012, narinig na namin ang tungkol sa "Cap of Invisibility" mula sa American Duke University. Tanging ang pinaka-matanong na nabasa noon na ito ay tungkol sa invisibility ng isang maliit na silindro sa isang maliit na fragment ng microwave spectrum. Isang taon bago nito, iniulat ng mga opisyal ng Duke ang teknolohiya ng sonar stealth na maaaring mukhang may pag-asa sa ilang mga lupon.

Sa kasamaang palad, ito ay hindi nakikita lamang mula sa isang tiyak na punto ng view at sa isang makitid na saklaw, na ginawa ang teknolohiya ng maliit na paggamit. Noong 2013, iminungkahi ng walang kapagurang mga inhinyero sa Duke ang isang 3D na naka-print na device na nag-camouflag ng isang bagay na inilagay sa loob na may mga micro-hole sa istraktura (2). Gayunpaman, muli, nangyari ito sa isang limitadong hanay ng mga alon at mula lamang sa isang tiyak na punto ng view.

Ang mga larawang nai-publish sa Internet ay mukhang promising cape Canadian company Hyperstealth, na noong 2012 ay na-advertise sa ilalim ng nakakaintriga na pangalan ng Quantum Stealth (3). Sa kasamaang palad, ang mga gumaganang prototype ay hindi kailanman naipakita, o ipinaliwanag kung paano ito gumagana. Binanggit ng kumpanya ang mga isyu sa seguridad bilang dahilan at palihim na iniulat na naghahanda ito ng mga lihim na bersyon ng produkto para sa militar.

Front monitor, rear camera

Unang modernoinvisibility cap» Ipinakilala sampung taon na ang nakalilipas ng Japanese engineer na si Prof. Susumu Tachi mula sa Unibersidad ng Tokyo. Gumamit siya ng camera na nakaposisyon sa likod ng isang lalaking nakasuot ng coat na monitor din. Ang imahe mula sa likurang kamera ay naka-project dito. Ang lalaking nakabalabal ay "invisible". Ang isang katulad na trick ay ginagamit ng Adaptiv vehicle camouflage device na ipinakilala noong nakaraang dekada ng BAE Systems (4).

Nagpapakita ito ng infrared na imahe "mula sa likod" sa armor ng tangke. Ang ganitong makina ay hindi nakikita sa mga aparatong nakikita. Ang ideya ng pagtatakip ng mga bagay ay nabuo noong 2006. Inilathala nina John Pendry ng Imperial College London, David Schurig at David Smith ng Duke University ang teorya ng "transformation optics" sa journal Science at ipinakita kung paano ito gumagana sa kaso ng mga microwave (mas mahabang wavelength kaysa sa nakikitang liwanag).

2. Isang "invisibility cap" na naka-print sa tatlong dimensyon.

Sa tulong ng naaangkop na mga metamaterial, ang isang electromagnetic wave ay maaaring baluktot sa paraang ma-bypass ang nakapalibot na bagay at bumalik sa kasalukuyang landas nito. Ang parameter na nagpapakilala sa pangkalahatang optical reaction ng medium ay ang refractive index, na tumutukoy kung gaano karaming beses na mas mabagal kaysa sa vacuum, gumagalaw ang liwanag sa medium na ito. Kinakalkula namin ito bilang ugat ng produkto ng relatibong electric at magnetic permeability.

relatibong electric permeability; tinutukoy kung gaano karaming beses ang puwersa ng pakikipag-ugnayang elektrikal sa isang partikular na sangkap ay mas mababa kaysa sa puwersa ng pakikipag-ugnayan sa vacuum. Samakatuwid, ito ay isang sukatan kung gaano kalakas ang mga singil sa kuryente sa loob ng isang substance na tumutugon sa isang panlabas na electric field. Karamihan sa mga sangkap ay may positibong permittivity, na nangangahulugan na ang patlang na binago ng sangkap ay may parehong kahulugan sa panlabas na larangan.

Tinutukoy ng relatibong magnetic permeability m kung paano nagbabago ang magnetic field sa isang espasyong puno ng isang partikular na materyal, kumpara sa magnetic field na iiral sa isang vacuum na may parehong panlabas na pinagmulan ng magnetic field. Para sa lahat ng natural na nagaganap na substance, positibo ang relatibong magnetic permeability. Para sa transparent na media tulad ng salamin o tubig, lahat ng tatlong dami ay positibo.

Pagkatapos ang ilaw, na dumadaan mula sa vacuum o hangin (ang mga parameter ng hangin ay bahagyang naiiba lamang sa vacuum) papunta sa daluyan, ay na-refracted ayon sa batas ng repraksyon at ang ratio ng sine ng anggulo ng saklaw sa sine ng anggulo ng repraksyon ay katumbas ng refractive index para sa medium na ito. Ang halaga ay mas mababa sa zero; at ang m ay nangangahulugan na ang mga electron sa loob ng daluyan ay gumagalaw sa tapat na direksyon sa puwersa na nilikha ng electric o magnetic field.

Ito ay eksakto kung ano ang nangyayari sa mga metal, kung saan ang libreng electron gas ay sumasailalim sa sarili nitong mga oscillations. Kung ang dalas ng isang electromagnetic wave ay hindi lalampas sa dalas ng mga natural na oscillations na ito ng mga electron, kung gayon ang mga oscillations na ito ay nagsa-screen ng electric field ng wave nang napakabisa na hindi nila pinapayagan itong tumagos nang malalim sa metal at kahit na lumikha ng isang field na nakadirekta sa tapat. sa panlabas na larangan.

Bilang resulta, negatibo ang permittivity ng naturang materyal. Hindi makapasok nang malalim sa metal, ang electromagnetic radiation ay makikita mula sa ibabaw ng metal, at ang metal mismo ay nakakakuha ng isang katangian na ningning. Paano kung negatibo ang parehong uri ng permittivity? Ang tanong na ito ay tinanong noong 1967 ng Russian physicist na si Viktor Veselago. Ito ay lumalabas na ang refractive index ng naturang medium ay negatibo at ang ilaw ay na-refracted sa isang ganap na naiibang paraan kaysa sa mga sumusunod mula sa karaniwang batas ng repraksyon.

5. Negatibong repraksyon sa ibabaw ng isang metamaterial - visualization

Pagkatapos ang enerhiya ng electromagnetic wave ay inilipat pasulong, ngunit ang maxima ng electromagnetic wave ay gumagalaw sa tapat na direksyon sa hugis ng salpok at ang inilipat na enerhiya. Ang mga naturang materyales ay hindi umiiral sa kalikasan (walang mga sangkap na may negatibong magnetic permeability). Sa publikasyon lamang noong 2006 na binanggit sa itaas at sa maraming iba pang mga publikasyong nilikha sa mga sumunod na taon, posible na ilarawan at, samakatuwid, bumuo ng mga artipisyal na istruktura na may negatibong refractive index (5).

Ang mga ito ay tinatawag na metamaterial. Ang prefix ng Griyego na "meta" ay nangangahulugang "pagkatapos", ibig sabihin, ito ay mga istrukturang gawa sa mga likas na materyales. Nakukuha ng mga metamaterial ang mga katangiang kailangan nila sa pamamagitan ng pagbuo ng maliliit na electrical circuit na gayahin ang magnetic o electrical properties ng materyal. Maraming mga metal ang may negatibong electrical permeability, kaya sapat na upang mag-iwan ng puwang para sa mga elemento na nagbibigay ng negatibong magnetic response.

Sa halip na isang homogenous na metal, maraming manipis na metal wire na nakaayos sa anyo ng isang cubic grid ay nakakabit sa isang plato ng insulating material. Sa pamamagitan ng pagbabago ng diameter ng mga wire at ang distansya sa pagitan ng mga ito, posible na ayusin ang mga halaga ng dalas kung saan ang istraktura ay magkakaroon ng negatibong electrical permeability. Upang makakuha ng negatibong magnetic permeability sa pinakasimpleng kaso, ang disenyo ay binubuo ng dalawang sirang singsing na gawa sa isang mahusay na konduktor (halimbawa, ginto, pilak o tanso) at pinaghihiwalay ng isang layer ng isa pang materyal.

Ang ganitong sistema ay tinatawag na split ring resonator - dinaglat bilang SRR, mula sa Ingles. Split-ring resonator (6). Dahil sa mga puwang sa mga singsing at ang distansya sa pagitan ng mga ito, mayroon itong isang tiyak na kapasidad, tulad ng isang kapasitor, at dahil ang mga singsing ay gawa sa kondaktibong materyal, mayroon din itong tiyak na inductance, i.e. kakayahang makabuo ng mga agos.

Ang mga pagbabago sa panlabas na magnetic field mula sa electromagnetic wave ay nagdudulot ng daloy sa mga singsing, at ang kasalukuyang ito ay lumilikha ng magnetic field. Ito ay lumalabas na may naaangkop na disenyo, ang magnetic field na nilikha ng system ay nakadirekta sa tapat ng panlabas na larangan. Nagreresulta ito sa isang negatibong magnetic permeability ng isang materyal na naglalaman ng mga naturang elemento. Sa pamamagitan ng pagtatakda ng mga parameter ng metamaterial system, makakakuha ang isa ng negatibong magnetic response sa medyo malawak na hanay ng mga wave frequency.

meta - gusali

Ang pangarap ng mga taga-disenyo ay bumuo ng isang sistema kung saan ang mga alon ay perpektong dumadaloy sa paligid ng bagay (7). Noong 2008, ang mga siyentipiko sa Unibersidad ng California, Berkeley, sa unang pagkakataon sa kasaysayan, ay lumikha ng mga three-dimensional na materyales na may negatibong refractive index para sa nakikita at malapit-infrared na ilaw, baluktot ang liwanag sa direksyon na kabaligtaran sa natural na direksyon nito. Gumawa sila ng bagong metamaterial sa pamamagitan ng pagsasama ng pilak sa magnesium fluoride.

Pagkatapos ay pinutol ito sa isang matrix na binubuo ng mga maliliit na karayom. Ang kababalaghan ng negatibong repraksyon ay naobserbahan sa mga wavelength na 1500 nm (malapit sa infrared). Noong unang bahagi ng 2010, nilikha ni Tolga Ergin ng Karlsruhe Institute of Technology at mga kasamahan sa Imperial College London hindi nakikita ilaw na kurtina. Gumamit ang mga mananaliksik ng mga materyales na magagamit sa merkado.

Gumamit sila ng mga photonic na kristal na inilatag sa ibabaw upang takpan ang isang microscopic na protrusion sa isang gold plate. Kaya ang metamaterial ay nilikha mula sa mga espesyal na lente. Ang mga lente sa tapat ng umbok sa plato ay matatagpuan sa paraang, sa pamamagitan ng pagpapalihis ng bahagi ng liwanag na alon, inaalis nila ang pagkalat ng liwanag sa umbok. Sa pamamagitan ng pagmamasid sa plato sa ilalim ng mikroskopyo, gamit ang liwanag na may wavelength na malapit sa nakikitang liwanag, nakita ng mga siyentipiko ang isang patag na plato.

Nang maglaon, ang mga mananaliksik mula sa Duke University at Imperial College London ay nakakuha ng negatibong pagmuni-muni ng microwave radiation. Upang makuha ang epektong ito, ang mga indibidwal na elemento ng metamaterial na istraktura ay dapat na mas mababa kaysa sa wavelength ng liwanag. Kaya isa itong teknikal na hamon na nangangailangan ng paggawa ng napakaliit na istrukturang metamaterial na tumutugma sa wavelength ng liwanag na dapat nilang i-refract.

Ang nakikitang liwanag (violet hanggang pula) ay may wavelength na 380 hanggang 780 nanometer (ang nanometer ay one billionth ng isang metro). Ang mga nanotechnologist mula sa Scottish University of St. Andrews ay sumagip. Nakakuha sila ng isang solong layer ng sobrang densely meshed na metamaterial. Ang mga pahina ng New Journal of Physics ay naglalarawan ng isang metaflex na may kakayahang baluktot ang mga wavelength na humigit-kumulang 620 nanometer (orange-red light).

Noong 2012, isang grupo ng mga Amerikanong mananaliksik sa Unibersidad ng Texas sa Austin ang nakaisip ng ganap na kakaibang trick gamit ang mga microwave. Ang isang silindro na may diameter na 18 cm ay pinahiran ng isang negatibong impedance na materyal ng plasma, na nagpapahintulot sa pagmamanipula ng mga katangian. Kung mayroon itong eksaktong kabaligtaran na optical na katangian ng nakatagong bagay, lumilikha ito ng isang uri ng "negatibo".

Kaya, ang dalawang alon ay nagsasapawan at ang bagay ay nagiging hindi nakikita. Bilang resulta, ang materyal ay maaaring yumuko ng ilang iba't ibang mga saklaw ng dalas ng alon upang dumaloy ang mga ito sa paligid ng bagay, na nagtatagpo sa kabilang panig nito, na maaaring hindi kapansin-pansin ng isang tagamasid sa labas. Ang mga teoretikal na konsepto ay dumarami.

Humigit-kumulang isang dosenang buwan na ang nakalipas, ang Advanced Optical Materials ay nag-publish ng isang artikulo tungkol sa isang posibleng groundbreaking na pag-aaral ng mga siyentipiko sa University of Central Florida. Sino ang nakakaalam kung nabigo silang malampasan ang umiiral na mga paghihigpit sa "hindi nakikitang mga sumbrero» Binuo mula sa mga metamaterial. Ayon sa impormasyong kanilang inilathala, ang paglaho ng bagay sa hanay ng nakikitang liwanag ay posible.

7. Teoretikal na paraan ng pagbaluktot ng liwanag sa isang bagay na hindi nakikita

Inilarawan ni Debashis Chanda at ng kanyang koponan ang paggamit ng isang metamaterial na may tatlong-dimensional na istraktura. Posibleng makuha ito salamat sa tinatawag na. nanotransfer printing (NTP), na gumagawa ng metal-dielectric tape. Ang refractive index ay maaaring mabago ng mga pamamaraan ng nanoengineering. Ang landas ng pagpapalaganap ng liwanag ay dapat na kontrolado sa tatlong-dimensional na istraktura ng ibabaw ng materyal gamit ang paraan ng electromagnetic resonance.

Ang mga siyentipiko ay napaka-maingat sa kanilang mga konklusyon, ngunit mula sa paglalarawan ng kanilang teknolohiya ay medyo malinaw na ang mga coatings ng naturang materyal ay may kakayahang magpalihis ng mga electromagnetic wave sa isang malaking lawak. Bilang karagdagan, ang paraan ng pagkuha ng bagong materyal ay nagbibigay-daan sa paggawa ng malalaking lugar, na humantong sa ilan na managinip ng mga mandirigma na sakop ng gayong pagbabalatkayo na magbibigay sa kanila ng hindi nakikita kumpleto, mula radar hanggang liwanag ng araw.

Ang mga aparatong pagtatago na gumagamit ng mga metamaterial o optical na pamamaraan ay hindi nagiging sanhi ng aktwal na pagkawala ng mga bagay, ngunit ang kanilang pagiging invisibility sa mga tool sa pagtuklas, at sa lalong madaling panahon, marahil, sa mata. Gayunpaman, mayroon nang mas radikal na mga ideya. Si Jeng Yi Lee at Ray-Kuang Lee mula sa Taiwan National Tsing Hua University ay nagmungkahi ng isang teoretikal na konsepto ng isang quantum "balabal ng invisibility" na may kakayahang mag-alis ng mga bagay hindi lamang mula sa larangan ng pagtingin, kundi pati na rin mula sa katotohanan sa kabuuan.

Ito ay gagana katulad ng kung ano ang tinalakay sa itaas, ngunit ang Schrödinger equation ang gagamitin sa halip na ang Maxwell's equation. Ang punto ay upang i-stretch ang patlang ng posibilidad ng bagay upang ito ay katumbas ng zero. Sa teorya, posible ito sa microscale. Gayunpaman, kakailanganin ng mahabang panahon upang maghintay para sa mga teknolohikal na posibilidad ng paggawa ng naturang takip. Tulad ng anumang"invisibility cap“Na masasabing may tinatago talaga siya sa aming pananaw.