"Caps d'invisibilità" sò sempre invisibili

L'ultimu in una seria di "mantelli di invisibilità" hè quellu natu à l'Università di Rochester (1), chì usa u sistema otticu adattatu. In ogni casu, i scettichi chjamanu un tipu di truccu illusionisticu o effettu speciale, in quale un sistema di lente intelligente rifratta a luce è inganna a visione di l'osservatore.

Ci hè una matematica abbastanza avanzata daretu à tuttu - i scientisti anu bisognu à aduprà per truvà cumu stabilisce e duie lenti in modu chì a luce hè rifratta in tale manera chì ponu ammuccià l'ughjettu direttamente daretu à elli. Questa suluzione ùn funziona micca solu quandu si vede direttamente à i lenti - un angolo di 15 gradi o un altru hè abbastanza.

1. "Invisibility Cap" da l'Università di Rochester.

Pò esse usatu in vitture per eliminà i punti cechi in i specchi o in sala operatoria, chì permette à i chirurghi di vede à traversu e so mani. Questu hè un altru in una longa serie di rivelazioni circa tecnulugia invisibilechì sò ghjunti à noi in l'ultimi anni.

In 2012, avemu digià intesu parlà di u "Cap of Invisibility" da l'Università Americana Duca. Solu i più curiosi leghje allora chì si trattava di l'invisibilità di un picculu cilindru in un picculu fragmentu di u spettru di micru. Un annu prima, i funzionari di u Duca anu infurmatu nantu à a tecnulugia di sonar stealth chì pò sembra promettente in certi circoli.

Sfurtunatamente, era invisibilità solu da un certu puntu di vista è in un scopu ristrettu, chì facia a tecnulugia di pocu usu. In u 2013, l'ingegneri infaticabili di Duke anu prupostu un dispositivu stampatu 3D chì camuffava un ughjettu pusatu à l'internu cù micro-buchi in a struttura (2). Tuttavia, di novu, questu hè accadutu in una gamma limitata di onde è solu da un certu puntu di vista.

I ritratti publicati nantu à l'Internet parevanu promettenti cape Canadian company Hyperstealth, chì in 2012 hè statu annunziatu sottu u nome intrigante di Quantum Stealth (3). Sfortunatamente, i prototipi di travagliu ùn anu mai statu dimustratu, nè hè statu spiegatu cumu si funziona. A cumpagnia cita i prublemi di sicurità cum'è u mutivu è cripticamente informa chì prepara versioni secrete di u pruduttu per l'armata.

Monitor frontale, camera posteriore

Prima mudernucappucciu d'invisibilità» Intruduttu deci anni fà da l'ingegneru giapponese Prof. Susumu Tachi da l'Università di Tokyo. Hà utilizatu una camera posizionata daretu à un omu chì portava un mantellu chì era ancu un monitor. L'imaghjini da a camera posteriore hè stata prughjettata nantu à questu. L'omu vestitu era "invisibile". Un truccu simili hè utilizatu da u dispositivu di camuffamentu di u veiculu Adaptiv introduttu in a dicada precedente da BAE Systems (4).

Mostra una maghjina infrared "da daretu" nantu à l'armatura di u tank. Una tale macchina hè simplicemente micca vistu in i dispositi di vista. L'idea di maschera l'uggetti hà pigliatu forma in u 2006. John Pendry di l'Imperial College London, David Schurig è David Smith di l'Università di Duke anu publicatu a tiuria di "ottica di trasfurmazioni" in a rivista Science è hà prisentatu cumu si travaglia in u casu di microonde (lunghezza d'onda più longa cà a luce visibile).

2. Un "capu di l'invisibilità" stampatu in trè dimensioni.

Cù l'aiutu di metamateriali appropritati, una onda elettromagnetica pò esse curvata in tale manera chì sguassate l'ughjettu circundante è torna à a so strada attuale. U paràmetru chì caratterizeghja a reazzione otticu generale di u mediu hè l'indice di refractive, chì determina quante volte più lento chì in u vacuum, a luce si move in questu mediu. Calculemu cum'è a radica di u pruduttu di a permeabilità elettrica è magnetica relative.

permeabilità elettrica relativa; determina quante volte a forza di interazzione elettrica in una determinata sustanza hè menu di a forza di interazzione in u vacuum. Per quessa, hè una misura di quantu forte e carichi elettrichi in una sustanza risponde à un campu elettricu esternu. A maiò parte di i sustanzi anu una permittività pusitiva, chì significa chì u campu cambiatu da a sustanza hà sempre u stessu significatu cum'è u campu esternu.

U parmeability magneticu parenti m determina comu lu campu magneticu cambia in un spaziu chinu di un datu materiali, paragunatu à u campu magneticu chì esisti in un vacuum cù u listessu surgente campu magnetichi esterni. Per tutti i sustanzi naturali, a permeabilità magnetica relativa hè pusitiva. Per i media trasparenti cum'è u vetru o l'acqua, tutti i trè quantità sò pusitivi.

Allora a luce, chì passa da u vacuum o l'aria (i paràmetri di l'aria sò solu ligeramente sfarente da u vacuum) in u mediu, hè rifrattata secondu a lege di rifrazzione è a ratio di u sinus di l'angulu d'incidenza à u senu di l'angulu di rifrazzione hè uguale à l'indice di rifrazione per questu mediu. U valore hè menu di cero; è m significa chì l'elettroni in u mediu si move in a direzzione opposta à a forza creata da u campu elettricu o magneticu.

Questu hè esattamente ciò chì succede in i metalli, in quale u gasu di l'elettroni liberi subisce a so propria oscillazioni. Se a freccia di una onda elettromagnetica ùn supera a freccia di sti oscillazioni naturali di l'elettroni, allora queste oscillazioni schernu u campu elettricu di l'onda in modu cusì efficace chì ùn permettenu micca di penetrà in u fondu di u metale è ancu di creà un campu direttu oppostu. à u campu esternu.

In u risultatu, a permittività di un tali materiale hè negativu. Incapace di penetrà in u fondu di u metallu, a radiazione elettromagnetica hè riflessa da a superficia di u metallu, è u metallu stessu acquista un lustre caratteristicu. E se i dui tipi di permistività eranu negativi? Sta quistione hè stata fatta in u 1967 da u fisicu russu Viktor Veselago. Risulta chì l'indici di rifrazione di un tali mediu hè negativu è a luce hè rifratta in una manera completamente diversa da quella seguita da a lege abituale di rifrazzione.

5. Refraction negativu nantu à a superficia di un metamateriale - visualizazione

Allora l'energia di l'onda elettromagnetica hè trasferita in avanti, ma i massimi di l'onda elettromagnetica si movenu in a direzzione opposta à a forma di l'impulsu è l'energia trasferita. Tali materiali ùn esistenu micca in a natura (ùn ci sò sustanzi cù permeabilità magnetica negativa). Solu in a publicazione 2006 citata sopra è in parechje altre publicazioni create in l'anni successivi, era pussibule di discrive è, per quessa, custruisce strutture artificiali cù un indice refrattivu negativu (5).

Sò chjamati metamateriali. U prefissu grecu "meta" significa "dopu", vale à dì, sò strutture fatti di materiali naturali. I metamateriali acquistanu e proprietà chì necessitanu custruendu picculi circuiti elettrici chì imitanu e proprietà magnetiche o elettriche di u materiale. Parechji metalli anu una permeabilità elettrica negativa, cusì hè abbastanza per lascià spaziu per elementi chì dà una risposta magnetica negativa.

Invece di un metale homogeneu, assai fili di metalli magre disposti in forma di una reta cúbica sò attaccati à una piastra di materiale insulating. Cambiendu u diametru di i fili è a distanza trà elli, hè pussibule aghjustà i valori di freccia à quale a struttura averà una permeabilità elettrica negativa. Per ottene a permeabilità magnetica negativa in u casu più simplice, u disignu hè custituitu da dui anelli rotti fatti di un bonu cunduttore (per esempiu, oru, argentu o cobre) è siparati da una capa di un altru materiale.

Un tali sistema hè chjamatu split ring resonator - abbreviatu cum'è SRR, da l'inglese. Résonateur à anneau divisé (6). A causa di i spazii in l'anelli è a distanza trà elli, hà una certa capacità, cum'è un condensatore, è postu chì l'anelli sò fatti di materiale cunduttivu, hà ancu una certa inductance, i.e. capacità di generà currenti.

I cambiamenti in u campu magneticu esternu da l'onda elettromagnetica causanu un flussu di corrente in l'anelli, è questu currente crea un campu magneticu. Risulta chì cù un disignu appropritatu, u campu magneticu creatu da u sistema hè direttu in uppusizione à u campu esternu. Questu risultatu in una permeabilità magnetica negativa di un materiale chì cuntene tali elementi. Fixendu i paràmetri di u sistema metamateriale, si pò ottene una risposta magnetica negativa in una larga gamma di frequenze d'onda.

meta - custruzzione

U sognu di i diseggiani hè di custruisce un sistema in u quale l'onda idealmente flurianu intornu à l'ughjettu (7). In u 2008, i scientisti di l'Università di California, Berkeley, per a prima volta in a storia, creanu materiali tridimensionali chì anu un indice refrattivu negativu per a luce visibile è vicinu à l'infrared, curvando a luce in una direzzione opposta à a so direzzione naturale. Creanu un novu metamateriale cumminendu l'argentu cù u fluoru di magnesiu.

Allora hè tagliatu in una matrice custituita da agulla miniatura. U fenomenu di rifrazione negativa hè statu osservatu à lunghezze d'onda di 1500 nm (infrared vicinu). In principiu di u 2010, Tolga Ergin di l'Istitutu di Tecnulugia di Karlsruhe è i culleghi di l'Imperial College London anu creatu invisibile cortina di luce. I circadori anu utilizatu materiali dispunibili nantu à u mercatu.

Anu utilizatu cristalli fotonici posti nantu à una superficia per copre una protrusione microscòpica nantu à un platu d'oru. Allora u metamateriale hè statu creatu da lenti speciali. I lenti opposti à a gobba nantu à a piastra sò situati in tale manera chì, deflecting part of the light waves, eliminanu a scattering of light on the bulge. Osservendu a piastra sottu un microscopiu, utilizendu una luce cù una lunghezza d'onda vicinu à quella di a luce visibile, i scientisti anu vistu un pianu pianu.

In seguitu, i circadori di l'Università di Duke è di l'Imperial College London anu pussutu ottene un riflessu negativu di a radiazione di micru. Per ottene stu effettu, elementi individuali di a struttura metamateriale deve esse menu di a lunghezza d'onda di a luce. Dunque, hè una sfida tecnica chì richiede a produzzione di strutture metamateriali assai chjuche chì currispondenu à a lunghezza d'onda di a luce ch'elli anu da rifratta.

A luce visibile (viola à rossu) hà una lunghezza d'onda da 380 à 780 nanometri (un nanometru hè un billionth di un metru). Nanotecnologi di l'Università Scozzese di St. Andrews sò ghjunti in salvezza. Anu avutu una sola capa di metamateriale estremamente densamente maglia. E pagine di u New Journal of Physics descrizanu un metaflex capace di curvare lunghezze d'onda di circa 620 nanometri (luce aranciu-rossu).

In u 2012, un gruppu di circadori americani in l'Università di Texas in Austin hà ghjuntu cù un truccu completamente diversu cù i microonde. Un cilindru cù un diametru di 18 cm hè stata rivestita cù un materiale di plasma d'impedenza negativa, chì permette a manipulazione di e proprietà. S'ellu hà esattamente e proprietà ottiche opposte di l'ughjettu oculatu, crea un tipu di "negativu".

Cusì, e duie onde si superponu è l'ughjettu diventa invisibule. In u risultatu, u materiale pò piegà parechji intervalli di freccia di l'onda in modu chì scorri intornu à l'ughjettu, cunvergendu da l'altra parte di questu, chì ùn pò micca esse notu per un observatore esterno. I cuncetti teorichi si multiplicanu.

Circa una decina di mesi fà, Advanced Optical Materials hà publicatu un articulu annantu à un studiu possibbilmente rivoluzionariu da i scientisti di l'Università di Florida Centrale. Quale sà s'ellu ùn anu riesciutu à superà e restrizioni esistenti nantu à "cappelli invisibili» Custruitu da metamateriali. Sicondu l'infurmazioni chì anu publicatu, a scumparsa di l'ughjettu in a gamma di luce visibile hè pussibule.

7. Modi teorichi di piegà a luce nantu à un ughjettu invisibule

Debashis Chanda è a so squadra descrizanu l'usu di un metamateriale cù una struttura tridimensionale. Hè statu pussibule di ottene grazia à u cusì chjamatu. nanotransfer printing (NTP), chì produce nastri metalli-dielettrici. L'indice di rifrazione pò esse cambiatu da i metudi di nanoengineering. U percorsu di propagazione di a luce deve esse cuntrullata in a struttura di a superficia tridimensionale di u materiale utilizendu u metudu di risonanza elettromagnetica.

I scientisti sò assai prudenti in i so cunclusioni, ma da a descrizzione di a so tecnulugia hè abbastanza chjaru chì i rivestimenti di un tali materiale sò capaci di svià l'onda elettromagnetica in larga misura. Inoltre, a manera chì u novu materiale hè ottenutu permette a produzzione di grandi spazii, chì hà purtatu à alcuni à sognu di cumbattenti cuparti in tali camouflage chì li furnissi. invisibilità cumpletu, da u radar à a luce di u ghjornu.

Dispositivi di dissimulazione chì utilizanu metamateriali o tecniche ottiche ùn causanu micca a sparizione attuale di l'uggetti, ma solu a so invisibilità à i strumenti di rilevazione, è prestu, forsi, à l'ochju. Tuttavia, ci sò digià idee più radicali. Jeng Yi Lee è Ray-Kuang Lee da a Taiwan National Tsing Hua University pruposti un cuncettu teoricu di un quantum "mantellu di invisibilità" capace di caccià l'uggetti micca solu da u campu di vista, ma ancu da a realità in tuttu.

Questu hà da travaglià simili à ciò chì hè statu discutitu sopra, ma l'equazioni di Schrödinger serà usata invece di l'equazioni di Maxwell. U puntu hè di stende u campu di probabilità di l'ughjettu in modu chì hè uguali à cero. In teoria, questu hè pussibule à a microscala. Tuttavia, ci sarà assai tempu per aspittà e pussibulità tecnologica di a fabricazione di una tale tappa. Cum'è qualsiasi "cappucciu d'invisibilità"Chì si pò dì chì ella stava veramente piatta qualcosa da a nostra vista.