"Topi Gaib" masih tidak terlihat
Seri terbaru dari "jubah tembus pandang" adalah yang lahir di University of Rochester (1), yang menggunakan sistem optik yang sesuai. Namun, para skeptis menyebutnya semacam trik ilusionis atau efek khusus, di mana sistem lensa pintar membiaskan cahaya dan menipu penglihatan pengamat.
Ada beberapa matematika yang cukup canggih di balik itu semua—ilmuwan perlu menggunakannya untuk menemukan cara mengatur dua lensa sehingga cahaya dibiaskan sedemikian rupa sehingga mereka dapat menyembunyikan objek tepat di belakangnya. Solusi ini tidak hanya berfungsi saat melihat langsung ke lensa - sudut 15 derajat atau lainnya sudah cukup.
1. "Topi Gaib" dari Universitas Rochester.
Ini dapat digunakan di mobil untuk menghilangkan bintik-bintik buta di cermin atau di ruang operasi, memungkinkan ahli bedah untuk melihat melalui tangan mereka. Ini adalah satu lagi dari serangkaian wahyu yang panjang tentang teknologi tak terlihatyang telah datang kepada kami dalam beberapa tahun terakhir.
Pada tahun 2012, kami telah mendengar tentang "Cap of Invisibility" dari American Duke University. Hanya yang paling ingin tahu yang membaca bahwa itu adalah tentang tembus pandang silinder kecil dalam fragmen kecil dari spektrum gelombang mikro. Setahun sebelumnya, pejabat Duke melaporkan teknologi siluman sonar yang mungkin tampak menjanjikan di beberapa kalangan.
Sayangnya, itu tembus pandang hanya dari sudut pandang tertentu dan dalam ruang lingkup yang sempit, yang menjadikan teknologi kurang bermanfaat. Pada tahun 2013, para insinyur yang tak kenal lelah di Duke mengusulkan perangkat cetak 3D yang menyamarkan objek yang ditempatkan di dalam dengan lubang mikro di struktur (2). Namun, sekali lagi, ini terjadi dalam rentang gelombang yang terbatas dan hanya dari sudut pandang tertentu.
Foto-foto yang dipublikasikan di Internet tampak menjanjikan, perusahaan Kanada Hyperstealth, yang pada tahun 2012 diiklankan dengan nama menarik Quantum Stealth (3). Sayangnya, prototipe yang berfungsi tidak pernah didemonstrasikan, juga tidak dijelaskan cara kerjanya. Perusahaan mengutip masalah keamanan sebagai alasannya dan secara samar melaporkan bahwa mereka sedang mempersiapkan versi rahasia produk untuk militer.
Monitor depan, kamera belakang
Modern pertamatopi tembus pandang» Diperkenalkan sepuluh tahun lalu oleh insinyur Jepang Prof. Susumu Tachi dari Universitas Tokyo. Dia menggunakan kamera yang diposisikan di belakang seorang pria yang mengenakan mantel yang juga merupakan monitor. Gambar dari kamera belakang diproyeksikan ke sana. Pria berjubah itu "tidak terlihat". Trik serupa digunakan oleh perangkat kamuflase kendaraan Adaptiv yang diperkenalkan pada dekade sebelumnya oleh BAE Systems (4).
Ini menampilkan gambar inframerah "dari belakang" pada baju besi tank. Mesin seperti itu tidak terlihat pada perangkat penglihatan. Ide untuk menutupi objek mulai terbentuk pada tahun 2006. John Pendry dari Imperial College London, David Schurig dan David Smith dari Duke University menerbitkan teori "optik transformasi" dalam jurnal Science dan mempresentasikan cara kerjanya dalam kasus gelombang mikro (panjang gelombang lebih panjang daripada cahaya tampak).
2. Sebuah "topi tembus pandang" dicetak dalam tiga dimensi.
Dengan bantuan metamaterial yang sesuai, gelombang elektromagnetik dapat ditekuk sedemikian rupa untuk melewati objek di sekitarnya dan kembali ke jalurnya saat ini. Parameter yang mencirikan reaksi optik umum media adalah indeks bias, yang menentukan berapa kali lebih lambat daripada di ruang hampa, cahaya bergerak dalam media ini. Kami menghitungnya sebagai akar dari produk permeabilitas listrik dan magnet relatif.
permeabilitas listrik relatif; menentukan berapa kali gaya interaksi listrik dalam zat tertentu lebih kecil daripada gaya interaksi dalam ruang hampa. Oleh karena itu, ini adalah ukuran seberapa kuat muatan listrik di dalam suatu zat merespons medan listrik eksternal. Sebagian besar zat memiliki permitivitas positif, yang berarti bahwa medan yang diubah oleh zat tersebut masih memiliki arti yang sama dengan medan luar.
Permeabilitas magnet relatif m menentukan bagaimana medan magnet berubah dalam ruang yang diisi dengan bahan tertentu, dibandingkan dengan medan magnet yang akan ada dalam ruang hampa dengan sumber medan magnet eksternal yang sama. Untuk semua zat alami, permeabilitas magnetik relatif positif. Untuk media transparan seperti gelas atau air, ketiga besaran tersebut positif.
Kemudian cahaya, yang melewati ruang hampa atau udara (parameter udara hanya sedikit berbeda dari ruang hampa) ke dalam medium, dibiaskan menurut hukum pembiasan dan perbandingan sinus sudut datang dengan sinus sudut bias adalah sama dengan indeks bias medium tersebut. Nilainya kurang dari nol; dan m berarti elektron di dalam medium bergerak berlawanan arah dengan gaya yang ditimbulkan oleh medan listrik atau magnet.
Inilah yang terjadi pada logam, di mana gas elektron bebas mengalami osilasinya sendiri. Jika frekuensi gelombang elektromagnetik tidak melebihi frekuensi osilasi alami elektron, maka osilasi ini menyaring medan listrik gelombang dengan sangat efektif sehingga tidak memungkinkannya menembus jauh ke dalam logam dan bahkan menciptakan medan yang berlawanan arah. ke medan luar.
Akibatnya, permitivitas bahan semacam itu negatif. Tidak dapat menembus jauh ke dalam logam, radiasi elektromagnetik dipantulkan dari permukaan logam, dan logam itu sendiri memperoleh kilau yang khas. Bagaimana jika kedua jenis permitivitas negatif? Pertanyaan ini diajukan pada tahun 1967 oleh fisikawan Rusia Viktor Veselago. Ternyata indeks bias media semacam itu negatif dan cahaya dibiaskan dengan cara yang sama sekali berbeda dari yang mengikuti hukum bias biasa.
5. Pembiasan negatif pada permukaan metamaterial - visualisasi
Kemudian energi gelombang elektromagnetik dipindahkan ke depan, tetapi maksimum gelombang elektromagnetik bergerak dalam arah yang berlawanan dengan bentuk impuls dan energi yang ditransfer. Bahan seperti itu tidak ada di alam (tidak ada zat dengan permeabilitas magnetik negatif). Hanya dalam publikasi 2006 yang disebutkan di atas dan di banyak publikasi lain yang dibuat pada tahun-tahun berikutnya, dimungkinkan untuk menggambarkan dan, oleh karena itu, membangun struktur buatan dengan indeks bias negatif (5).
Mereka disebut metamaterial. Awalan Yunani "meta" berarti "setelah", yaitu, ini adalah struktur yang terbuat dari bahan alami. Metamaterial memperoleh sifat yang mereka butuhkan dengan membangun sirkuit listrik kecil yang meniru sifat magnetik atau listrik dari material. Banyak logam memiliki permeabilitas listrik negatif, sehingga cukup untuk meninggalkan ruang bagi elemen yang memberikan respons magnetik negatif.
Alih-alih logam homogen, banyak kabel logam tipis yang disusun dalam bentuk kotak kubik dilekatkan pada pelat bahan isolasi. Dengan mengubah diameter kabel dan jarak di antara mereka, dimungkinkan untuk menyesuaikan nilai frekuensi di mana struktur akan memiliki permeabilitas listrik negatif. Untuk mendapatkan permeabilitas magnetik negatif dalam kasus yang paling sederhana, desain terdiri dari dua cincin putus yang terbuat dari konduktor yang baik (misalnya, emas, perak atau tembaga) dan dipisahkan oleh lapisan bahan lain.
Sistem seperti itu disebut resonator cincin split - disingkat SRR, dari bahasa Inggris. Split-ring resonator (6). Karena celah di cincin dan jarak di antara mereka, ia memiliki kapasitansi tertentu, seperti kapasitor, dan karena cincin terbuat dari bahan konduktif, ia juga memiliki induktansi tertentu, yaitu. kemampuan untuk menghasilkan arus.
Perubahan medan magnet luar dari gelombang elektromagnetik menyebabkan arus mengalir di cincin, dan arus ini menciptakan medan magnet. Ternyata dengan desain yang sesuai, medan magnet yang diciptakan oleh sistem diarahkan berlawanan dengan medan luar. Hal ini menghasilkan permeabilitas magnetik negatif dari bahan yang mengandung unsur-unsur tersebut. Dengan mengatur parameter sistem metamaterial, seseorang dapat memperoleh respons magnetik negatif dalam rentang frekuensi gelombang yang cukup luas.
meta - bangunan
Impian para desainer adalah untuk membangun sebuah sistem di mana gelombang idealnya akan mengalir di sekitar objek (7). Pada tahun 2008, para ilmuwan di University of California, Berkeley, untuk pertama kalinya dalam sejarah, menciptakan bahan tiga dimensi yang memiliki indeks bias negatif untuk cahaya tampak dan inframerah dekat, membelokkan cahaya ke arah yang berlawanan dengan arah alaminya. Mereka menciptakan metamaterial baru dengan menggabungkan perak dengan magnesium fluorida.
Kemudian dipotong menjadi matriks yang terdiri dari jarum mini. Fenomena pembiasan negatif telah diamati pada panjang gelombang 1500 nm (inframerah dekat). Pada awal 2010, Tolga Ergin dari Institut Teknologi Karlsruhe dan rekan-rekannya di Imperial College London menciptakan tak terlihat tirai cahaya. Para peneliti menggunakan bahan-bahan yang tersedia di pasaran.
Mereka menggunakan kristal fotonik yang diletakkan di atas permukaan untuk menutupi tonjolan mikroskopis di atas piring emas. Jadi metamaterial dibuat dari lensa khusus. Lensa di seberang punuk pada pelat terletak sedemikian rupa sehingga, dengan membelokkan sebagian gelombang cahaya, mereka menghilangkan hamburan cahaya pada tonjolan. Dengan mengamati pelat di bawah mikroskop, menggunakan cahaya dengan panjang gelombang yang mendekati cahaya tampak, para ilmuwan melihat pelat datar.
Belakangan, peneliti dari Duke University dan Imperial College London berhasil memperoleh refleksi negatif radiasi gelombang mikro. Untuk mendapatkan efek ini, elemen individu dari struktur metamaterial harus lebih kecil dari panjang gelombang cahaya. Jadi ini adalah tantangan teknis yang membutuhkan produksi struktur metamaterial yang sangat kecil yang sesuai dengan panjang gelombang cahaya yang seharusnya dibiaskan.
Cahaya tampak (ungu sampai merah) memiliki panjang gelombang 380 sampai 780 nanometer (satu nanometer adalah sepersejuta meter). Nanoteknologi dari Universitas Skotlandia St. Andrews datang untuk menyelamatkan. Mereka mendapat satu lapisan metamaterial yang sangat padat. Halaman-halaman New Journal of Physics menggambarkan metaflex yang mampu menekuk panjang gelombang sekitar 620 nanometer (cahaya oranye-merah).
Pada tahun 2012, sekelompok peneliti Amerika di University of Texas di Austin menemukan trik yang sama sekali berbeda menggunakan gelombang mikro. Sebuah silinder dengan diameter 18 cm dilapisi dengan bahan plasma impedansi negatif, yang memungkinkan manipulasi properti. Jika ia memiliki sifat optik yang berlawanan dengan objek tersembunyi, ia menciptakan semacam "negatif".
Dengan demikian, dua gelombang tumpang tindih dan objek menjadi tidak terlihat. Akibatnya, materi dapat membengkokkan beberapa rentang frekuensi gelombang yang berbeda sehingga mengalir di sekitar objek, berkumpul di sisi lain, yang mungkin tidak terlihat oleh pengamat luar. Konsep teoretis berlipat ganda.
Sekitar belasan bulan yang lalu, Advanced Optical Materials menerbitkan sebuah artikel tentang kemungkinan studi terobosan oleh para ilmuwan di University of Central Florida. Siapa tahu mereka gagal mengatasi pembatasan yang ada pada "topi tak terlihat» Dibangun dari metamaterial. Menurut informasi yang mereka terbitkan, hilangnya objek dalam rentang cahaya tampak adalah mungkin.
7. Cara teoretis untuk membelokkan cahaya pada objek yang tidak terlihat
Debashis Chanda dan timnya menjelaskan penggunaan metamaterial dengan struktur tiga dimensi. Itu mungkin untuk mendapatkannya berkat apa yang disebut. nanotransfer printing (NTP), yang menghasilkan pita dielektrik logam. Indeks bias dapat diubah dengan metode nanoengineering. Jalur rambat cahaya harus dikontrol dalam struktur permukaan tiga dimensi material menggunakan metode resonansi elektromagnetik.
Para ilmuwan sangat berhati-hati dalam kesimpulan mereka, tetapi dari deskripsi teknologi mereka, cukup jelas bahwa lapisan bahan semacam itu mampu membelokkan gelombang elektromagnetik secara luas. Selain itu, cara bahan baru diperoleh memungkinkan produksi area yang luas, yang telah membuat beberapa orang bermimpi tentang pejuang yang ditutupi kamuflase yang akan memberi mereka tembus pandang lengkap, dari radar hingga siang hari.
Perangkat penyembunyian yang menggunakan metamaterial atau teknik optik tidak menyebabkan hilangnya objek yang sebenarnya, tetapi hanya tembus pandang mereka ke alat deteksi, dan segera, mungkin, ke mata. Namun, sudah ada ide yang lebih radikal. Jeng Yi Lee dan Ray-Kuang Lee dari Universitas Nasional Tsing Hua Taiwan mengusulkan konsep teoretis "jubah tembus pandang" kuantum yang mampu menghilangkan objek tidak hanya dari bidang pandang, tetapi juga dari kenyataan secara keseluruhan.
Ini akan bekerja mirip dengan apa yang dibahas di atas, tetapi persamaan Schrödinger akan digunakan sebagai pengganti persamaan Maxwell. Intinya adalah untuk meregangkan bidang probabilitas objek sehingga sama dengan nol. Secara teoritis, ini dimungkinkan pada skala mikro. Namun, itu akan memakan waktu lama untuk menunggu kemungkinan teknologi pembuatan penutup seperti itu. Seperti apapun"topi tembus pandang“Yang bisa dikatakan bahwa dia benar-benar menyembunyikan sesuatu dari pandangan kami.
