“Görünməzlik qapaqları” hələ də görünməzdir

"Görünməzlik pərdələri" seriyasının sonuncusu, müvafiq optik sistemdən istifadə edən Rochester Universitetində doğulmuşdur (1). Bununla belə, skeptiklər bunu bir növ illüziya hiyləsi və ya xüsusi effekt adlandırırlar ki, burada ağıllı linzalar sistemi işığı sındırır və müşahidəçinin görmə qabiliyyətini aldadır.

Bütün bunların arxasında kifayət qədər inkişaf etmiş bir riyaziyyat dayanır - elm adamları iki linzanın necə qurulacağını tapmaq üçün ondan istifadə etməlidirlər ki, işığı elə sındırsınlar ki, obyekti birbaşa onların arxasında gizlədə bilsinlər. Bu həll yalnız linzalara birbaşa baxarkən işləmir - 15 dərəcə və ya başqa bir açı kifayətdir.

1. Rochester Universitetindən "Görünməzlik papağı".

O, avtomobillərdə güzgülərdə və ya əməliyyat otağında kor ləkələri aradan qaldırmaq üçün istifadə oluna bilər ki, bu da cərrahların əlləri ilə görməsini təmin edir. Bu, uzun bir silsilə ilə bağlı başqa bir açıqlamadır görünməz texnologiyason illərdə bizə gəlib.

2012-ci ildə biz artıq Amerika Dyuk Universitetindən “Görünməzlik papağı” haqqında eşitmişdik. Yalnız ən maraqlısı o zaman oxudu ki, söhbət mikrodalğalı spektrin kiçik bir parçasındakı kiçik silindrin görünməməsi haqqındadır. Bir il əvvəl Duke səlahiyyətliləri bəzi dairələrdə perspektivli görünə bilən sonar gizli texnologiyası haqqında məlumat verdilər.

Təəssüf ki, belə oldu görünməzlik yalnız müəyyən nöqteyi-nəzərdən və dar çərçivədə, texnologiyanı az istifadə etdi. 2013-cü ildə Duke-nin yorulmaz mühəndisləri strukturda mikro deşiklərlə içəriyə yerləşdirilmiş obyekti kamuflyaj edən 3D çap cihazı təklif etdilər (2). Ancaq yenə də bu, məhdud dalğa diapazonunda və yalnız müəyyən bir baxımdan baş verdi.

İnternetdə dərc edilən fotoşəkillər 2012-ci ildə Quantum Stealth (3) adlı maraqlı adı ilə reklam edilən Kanadanın Hyperstealth şirkətinin perspektivli burnu kimi görünürdü. Təəssüf ki, işləyən prototiplər heç vaxt nümayiş etdirilməyib və onun necə işlədiyi izah edilməyib. Səbəb kimi şirkət təhlükəsizlik problemlərini göstərir və gizli şəkildə məhsulun ordu üçün gizli versiyalarını hazırladığını bildirir.

Ön monitor, arxa kamera

İlk müasirgörünməzlik qapağı» On il əvvəl Yapon mühəndisi Prof. Tokio Universitetindən Susumu Tachi. O, palto geyən adamın arxasında yerləşən kameradan istifadə edib ki, bu da monitor idi. Arxa kameradan gələn görüntü onun üzərinə proyeksiya edilib. Paltarlı adam “görünməz” idi. Bənzər bir hiylədən əvvəlki onillikdə BAE Systems tərəfindən təqdim edilmiş Adaptiv avtomobil kamuflyaj cihazı istifadə olunur (4).

O, tankın zirehində "arxadan" infraqırmızı təsviri göstərir. Belə bir maşın sadəcə olaraq nişan cihazlarında görünmür. Obyektlərin maskalanması ideyası 2006-cı ildə formalaşıb. London İmperial Kollecindən John Pendry, David Schurig və Duke Universitetindən David Smith "Science" jurnalında "çevrilmə optikası" nəzəriyyəsini dərc etdilər və onun mikrodalğalar (görünən işıqdan daha uzun dalğa uzunluqları) vəziyyətində necə işlədiyini təqdim etdilər.

2. Üç ölçülü çap olunmuş "görünməzlik qapağı".

Müvafiq metamaterialların köməyi ilə elektromaqnit dalğası ətrafdakı obyektdən yan keçib cari yoluna qayıdacaq şəkildə bükülə bilər. Mühitin ümumi optik reaksiyasını xarakterizə edən parametr, işığın bu mühitdə vakuumdan neçə dəfə yavaş hərəkət etdiyini təyin edən sındırma indeksidir. Onu nisbi elektrik və maqnit keçiriciliyinin məhsulunun kökü kimi hesablayırıq.

nisbi elektrik keçiriciliyi; verilmiş maddədəki elektrik qarşılıqlı təsir qüvvəsinin vakuumdakı qarşılıqlı təsir qüvvəsindən neçə dəfə az olduğunu müəyyən edir. Buna görə də, bir maddənin içindəki elektrik yüklərinin xarici elektrik sahəsinə nə qədər güclü reaksiya verdiyinin ölçüsüdür. Əksər maddələr müsbət keçiriciliyə malikdir, yəni maddənin dəyişdirdiyi sahə hələ də xarici sahə ilə eyni məna daşıyır.

Nisbi maqnit keçiriciliyi m eyni xarici maqnit sahəsi mənbəyi ilə vakuumda mövcud olacaq maqnit sahəsi ilə müqayisədə, müəyyən bir materialla dolu bir məkanda maqnit sahəsinin necə dəyişdiyini müəyyən edir. Bütün təbii maddələr üçün nisbi maqnit keçiriciliyi müsbətdir. Şüşə və ya su kimi şəffaf mühitlər üçün hər üç kəmiyyət müsbətdir.

Sonra vakuumdan və ya havadan (hava parametrləri vakuumdan bir qədər fərqlidir) mühitə keçən işıq sınma qanununa uyğun olaraq sınır və düşmə bucağının sinusunun sınma bucağının sinusuna nisbəti belə olur. bu mühit üçün sındırma əmsalına bərabərdir. Dəyər sıfırdan azdır; m isə mühitin daxilindəki elektronların elektrik və ya maqnit sahəsinin yaratdığı qüvvəyə əks istiqamətdə hərəkət etməsi deməkdir.

Sərbəst elektron qazın öz rəqslərinə məruz qaldığı metallarda məhz belə olur. Əgər elektromaqnit dalğasının tezliyi elektronların bu təbii salınımlarının tezliyindən çox deyilsə, onda bu rəqslər dalğanın elektrik sahəsini o qədər təsirli şəkildə ekranlaşdırır ki, onun metalın dərinliyinə nüfuz etməsinə imkan vermir və hətta əks istiqamətə yönəlmiş sahə yaradır. xarici sahəyə.

Nəticədə, belə bir materialın keçiriciliyi mənfi olur. Metala dərindən nüfuz edə bilməyən elektromaqnit şüalanma metalın səthindən əks olunur və metal özü xarakterik parıltı əldə edir. Hər iki keçiricilik növü mənfi olarsa nə olacaq? Bu sualı 1967-ci ildə rus fiziki Viktor Veselaqo verib. Belə çıxır ki, belə bir mühitin sınma əmsalı mənfidir və işıq adi sınma qanunundan irəli gələndən tamamilə fərqli şəkildə sınır.

5. Metamaterialın səthində mənfi refraksiya - vizuallaşdırma

Sonra elektromaqnit dalğasının enerjisi irəli ötürülür, lakin elektromaqnit dalğasının maksimalları impulsun formasına və ötürülən enerjiyə əks istiqamətdə hərəkət edir. Belə materiallar təbiətdə yoxdur (mənfi maqnit keçiriciliyi olan maddələr yoxdur). Yalnız yuxarıda qeyd olunan 2006-cı il nəşrində və sonrakı illərdə yaradılmış bir çox başqa nəşrlərdə mənfi sınma indeksi olan süni strukturları təsvir etmək və buna görə də qurmaq mümkün olmuşdur (5).

Onlara metamateriallar deyilir. Yunanca "meta" prefiksi "sonra" deməkdir, yəni bunlar təbii materiallardan hazırlanmış strukturlardır. Metamateriallar, materialın maqnit və ya elektrik xassələrini təqlid edən kiçik elektrik dövrələri qurmaqla ehtiyac duyduqları xassələri əldə edirlər. Bir çox metalın mənfi elektrik keçiriciliyi var, buna görə mənfi maqnit reaksiyası verən elementlər üçün yer buraxmaq kifayətdir.

Homojen bir metalın əvəzinə, bir kubik şəbəkə şəklində təşkil edilmiş bir çox nazik metal tel izolyasiya materialının bir plakasına əlavə olunur. Naqillərin diametrini və aralarındakı məsafəni dəyişdirərək, strukturun mənfi elektrik keçiriciliyinə malik olacağı tezlik dəyərlərini tənzimləmək mümkündür. Ən sadə halda mənfi maqnit keçiriciliyi əldə etmək üçün dizayn yaxşı keçiricidən (məsələn, qızıl, gümüş və ya mis) hazırlanmış və başqa bir materialın təbəqəsi ilə ayrılmış iki qırıq üzükdən ibarətdir.

Belə bir sistemə split ring rezonator deyilir - ingilis dilindən SRR kimi qısaldılmışdır. Split-ring rezonator (6). Üzüklərdəki boşluqlara və aralarındakı məsafəyə görə, bir kondansatör kimi müəyyən bir tutuma malikdir və üzüklər keçirici materialdan hazırlandığından, o da müəyyən bir endüktansa malikdir, yəni. cərəyan yaratmaq qabiliyyəti.

Elektromaqnit dalğasından xarici maqnit sahəsindəki dəyişikliklər halqalarda cərəyanın axmasına səbəb olur və bu cərəyan maqnit sahəsi yaradır. Məlum olub ki, uyğun dizaynla sistemin yaratdığı maqnit sahəsi xarici sahənin əksinə yönəlir. Bu, belə elementləri ehtiva edən materialın mənfi maqnit keçiriciliyi ilə nəticələnir. Metamaterial sistemin parametrlərini təyin etməklə kifayət qədər geniş dalğa tezliklərində mənfi maqnit reaksiyası əldə etmək olar.

meta bina

Dizaynerlərin arzusu dalğaların obyektin ətrafında ideal şəkildə axacağı bir sistem qurmaqdır (7). 2008-ci ildə Berkli Kaliforniya Universitetinin alimləri tarixdə ilk dəfə olaraq görünən və yaxın infraqırmızı işıq üçün mənfi sındırma indeksinə malik olan, işığı təbii istiqamətinə əks istiqamətdə əyərək üçölçülü materiallar yaratdılar. Onlar gümüşü maqnezium flüoridlə birləşdirərək yeni metamaterial yaratdılar.

Sonra miniatür iynələrdən ibarət matrisə kəsilir. Mənfi refraksiya fenomeni 1500 nm dalğa uzunluğunda (infraqırmızıya yaxın) müşahidə edilmişdir. 2010-cu ilin əvvəlində Karlsrue Texnologiya İnstitutundan Tolga Ergin və London İmperial Kollecindəki həmkarları görünməz işıq pərdəsi. Tədqiqatçılar bazarda mövcud olan materiallardan istifadə ediblər.

Onlar qızıl lövhədəki mikroskopik çıxıntını örtmək üçün səthə qoyulmuş fotonik kristallardan istifadə etdilər. Beləliklə, metamaterial xüsusi linzalardan yaradılmışdır. Lövhədəki donqarın qarşısındakı linzalar elə yerləşdirilib ki, işıq dalğalarının bir hissəsini yayındıraraq, qabarıq üzərində işığın səpilməsini aradan qaldırsınlar. Alimlər mikroskop altında lövhəni müşahidə edərək, görünən işığın dalğa uzunluğuna yaxın olan işıqdan istifadə edərək, düz bir boşqab gördülər.

Daha sonra Duke Universiteti və London İmperial Kollecinin tədqiqatçıları mikrodalğalı radiasiyanın mənfi əksini əldə edə bildilər. Bu effekti əldə etmək üçün metamaterial strukturun ayrı-ayrı elementləri işığın dalğa uzunluğundan az olmalıdır. Beləliklə, bu, sındırılmalı olduqları işığın dalğa uzunluğuna uyğun gələn çox kiçik metamaterial strukturların istehsalını tələb edən texniki problemdir.

Görünən işıq (bənövşəyidən qırmızıya qədər) 380-dən 780 nanometrə qədər dalğa uzunluğuna malikdir (nanometr bir metrin milyardda biridir). Şotlandiyanın Sent-Endryus Universitetinin nanotexnoloqları köməyə gəliblər. Onlar son dərəcə sıx hörülmüş metamaterialın tək qatını aldılar. New Journal of Physics-in səhifələrində təxminən 620 nanometr (narıncı-qırmızı işıq) dalğa uzunluqlarını bükməyə qadir olan bir metafleks təsvir edilmişdir.

2012-ci ildə Ostindəki Texas Universitetində bir qrup amerikalı tədqiqatçı mikrodalğalı sobalardan istifadə edərək tamamilə fərqli bir hiylə hazırladılar. 18 sm diametrli silindr mənfi empedanslı plazma materialı ilə örtülmüşdür ki, bu da xassələri manipulyasiya etməyə imkan verir. Gizli obyektin tam əks optik xüsusiyyətlərinə malikdirsə, bir növ "mənfi" yaradır.

Beləliklə, iki dalğa üst-üstə düşür və obyekt görünməz olur. Nəticədə, material dalğanın bir neçə müxtəlif tezlik diapazonunu bükə bilər ki, onlar obyektin ətrafında axıb, onun digər tərəfində birləşərək kənar müşahidəçi üçün nəzərə çarpmaya bilər. Nəzəri anlayışlar çoxalır.

Təxminən bir neçə ay əvvəl Advanced Optical Materials Mərkəzi Florida Universitetində alimlərin apardığı əsaslı araşdırma haqqında məqalə dərc etdi. Kim bilir, onlar mövcud məhdudiyyətləri aşa bilmədilərmi "görünməz papaqlar» Metamateriallardan hazırlanmışdır. Onların dərc etdikləri məlumata görə, obyektin görünən işıq diapazonunda yoxa çıxması mümkündür.

7. İşığın görünməz obyektə əyilməsinin nəzəri yolları

Debaşis Çanda və komandası üçölçülü quruluşa malik metamaterialın istifadəsini təsvir edir. deyilənlərin sayəsində əldə etmək mümkün oldu. metal-dielektrik lentlər istehsal edən nanotransfer çap (NTP). Kırılma indeksi nanoemühəndislik üsulları ilə dəyişdirilə bilər. Elektromaqnit rezonans metodundan istifadə edərək materialın üçölçülü səth strukturunda işığın yayılma yolu idarə edilməlidir.

Elm adamları öz qənaətlərində çox ehtiyatlıdırlar, lakin onların texnologiyasının təsvirindən aydın olur ki, belə bir materialın örtükləri elektromaqnit dalğalarını böyük ölçüdə yayındırmağa qadirdir. Bundan əlavə, yeni materialın əldə edilmə üsulu geniş ərazilərin istehsalına imkan verir ki, bu da bəzilərinin belə bir kamuflyajla örtülmüş döyüşçülər xəyalına gətirib çıxardı ki, bu da onları təmin edəcək. görünməzlik tam, radardan gün işığına qədər.

Metamateriallardan və ya optik üsullardan istifadə edən gizlətmə cihazları obyektlərin faktiki yoxa çıxmasına səbəb deyil, yalnız aşkarlama vasitələrinə və tezliklə, bəlkə də, gözə görünməməsinə səbəb olur. Bununla belə, artıq daha radikal fikirlər var. Tayvan Milli Tsing Hua Universitetindən Cenq Yi Li və Ray-Kuanq Li obyektləri təkcə baxış sahəsindən deyil, həm də bütövlükdə reallıqdan silməyə qadir olan kvant “görünməzlik pərdəsi”nin nəzəri konsepsiyasını təklif etdilər.

Bu, yuxarıda müzakirə edilənə bənzər işləyəcək, lakin Maksvell tənlikləri əvəzinə Şrödinger tənliyi istifadə olunacaq. Məsələ cismin ehtimal sahəsini sıfıra bərabər şəkildə uzatmaqdır. Nəzəri cəhətdən bu, mikro miqyasda mümkündür. Bununla belə, belə bir örtünün istehsalının texnoloji imkanlarını gözləmək çox vaxt aparacaq. İstənilən kimi"görünməzlik qapağı“Demək olar ki, o, həqiqətən də bizim baxışımızdan nəyisə gizlədirdi.