Τα κάνει αόρατα

Στη αρχαία Βαβυλώνα πίστευαν πως οι πολεμιστές που έτρωγαν ρόδι πριν την μάχη γινόταν αόρατοι. ΜΥΘΟΣ;

Το 1897 ο H.G Wells ἐγραψε ένα από τα αριστουργήματά του, τον Αόρατο Άνθρωπο, όπου μιλάει για ένα εκκεντρικό επιστήμονα που με την χρήση ενός ειδικού υγρού, γίνεται αόρατος. ΜΥΘΟΣ;

Η πιθανότητα του να μπορέσουμε να γίνουμε αόρατοι ή να εξαφανίσουμε κάποιο αντικείμενο έχει γίνει έμμονη ιδέα για πολλούς επιστήμονες, οι οποίοι κατέχοντας πλέον την τεχνολογία και την τεχνογνωσία δεν απέχουν και πολύ από τον τελικό τους στόχο.


Βασικές Προϋποθέσεις

Για να γίνει ένα αντικείμενο αόρατο, θα πρέπει να πληρούνται οι εξής δυο προϋποθέσεις: το αντικείμενο θα πρέπει να είναι ικανό να κάμπτει το φως γύρω από τον εαυτό του, ώστε να μην υπάρχει καθόλου σκιά, και να μην παράγει καθόλου είδωλο. Και ενώ τα ήδη υπάρχοντα φυσικά υλικά δεν έχουν τις παραπάνω ιδιότητες, μια νέα κλάση υλικών, τα metamaterials (http://en.wikipedia.org/wiki/Metamaterial), καθιστούν δυνατή την 'εξαφάνιση' ακόμη κι ενός άρματος μάχης. Το τελευταίο γεγονός πραγματοποιήθηκε από τους ερευνητές που εργάζονται για την στρατιωτική άμυνα της Αγγλίας, οι οποίοι κατάφεραν να κάνουν αόρατο το μισό τανκ και είναι πεπεισμένοι ότι μέχρι το τέλος του 2012 θα καταφέρουν να 'εξαφανίσουν' ολόκληρο το όχημα. Σε άλλο πείραμα κατάφεραν να εξαφανίσουν πιο μικρής κλίμακας αντικείμενα, όπως έναν μικρό χάλκινο κύλινδρο 15 εκατοστών από μια ακτίνα μικροκυμάτων, εκτρέποντας βασικά τις ακτίνες - οπότε καταργεί την ανάκλαση τους - ενώ συναντιούνται στην άλλη πλευρά του αντικειμένου. Όμως η συσκευή δεν μπορεί να κρύψει τα αντικείμενα από το ανθρώπινο μάτι, καθώς λειτουργεί προς το παρόν στην περιοχή των μικροκυμάτων. Στο μέλλον, όμως, τα νέα υλικά που κατασκευάζονται με μεθόδους της νανοτεχνολογίας θα κάνουν τα αντικείμενα εντελώς αόρατα.
Οι Δυσκολίες

Για να πραγματοποιηθεί η κάμψη του φωτός που αναφέρθηκε πιο πάνω θα πρέπει το υλικό να έχει αρνητικό δείκτη διάθλασης, ο οποίος αποτελεί ένα μέτρο που υπαγορεύει το ποσό του φωτός που θα περάσει από ένα μέσο. Για να καταλάβουμε καλύτερα τι εννοούμε θα πρέπει να θυμηθούμε πως βλέπουμε ένα ξύλο όταν είναι βυθισμένο μέσα στο νερό κατά το ήμισυ. Αν παρατηρήσουμε προσεκτικά βλέπουμε ότι το ξύλο φαίνεται σαν να είναι λυγισμένο. Αυτό οφείλεται στην ύπαρξη του δείκτη διάθλασης, ο οποίος αν ήταν αρνητικός θα προκαλούσε την ψευδαίσθηση ότι το ξύλο είναι διπλωμένο στα δυο. Έτσι θεωρητικά είναι πιθανό να κατασκευαστούν διάφορα υλικά από πολύ λεπτά σύρματα τα οποία θα είχαν μια κάποια επίδραση στο ΗΜ πεδίο των μικροκυμάτων, προκαλώντας την 'αφύσικη' κάμψη του προς διάφορες διευθύνσεις. Τα αποτελέσματα όμως δεν είναι και τόσο ενθαρρυντικά όταν πρόκειται για ορατό φάσμα κι αυτό γιατί πρέπει να χρησιμοποιήσουν εξαρτήματα που να έχουν μέγεθος το πολύ 40 nanometres. Το ορατό φως αποτελείται από πολλά διαφορετικά μήκη κύματος, τα οποία είναι πολύ μικρότερα από το μήκος κύματος των μικροκυμάτων. Έτσι για να εξαφανιστεί ένα αντικείμενο, θα πρέπει να κατασκευαστεί μια συσκευή που να μπορεί να αλληλεπιδράσει με όλα τα μήκη κύματος, ή τα χρώματα, αμέσως, πράγμα που θ' απαιτούσε πιο περίπλοκα και μικροσκοπικά ¨μεταϋλικά¨ από αυτά που υπάρχουν τώρα. Στην πιο πάνω συσκευή, για να είναι αποτελεσματικά τα ¨μεταϋλικά¨ θα πρέπει να είναι μικρότερα από το μήκος κύματος της ακτινοβολίας στην οποία λειτουργούν. Ως γνωστόν τα μικροκύματα έχουν ένα αρκετά μεγάλο μήκος κύματος, γύρω στα 30 εκατοστά. Όμως στην περίπτωση του ορατού φωτός το μήκος κύματος είναι πολύ μικρότερο, λιγότερο από ένα μικρόμετρο, και η σημερινή τεχνολογία δεν επιτρέπει την κατασκευή τόσο μικρών στοιχείων από ¨μεταϋλικά¨.
Το Μέλλον

Αν θέλουμε να κάνουμε όλα τα παραπάνω ακόμη πιο κατανοητά θα μπορούσαμε να καταφύγουμε στον διαχωρισμό των υλικών σε τρεις κατηγορίες: Τα περισσότερα αντικείμενα είναι αδιαφανή καθώς απορροφούν τα φωτόνια και τα μετατρέπουν σε θερμότητα. Υπάρχουν όμως και υλικά όπως το γυαλί που είναι διαφανή γιατί τα άτομά τους είναι έτσι οργανωμένα που επιτρέπουν στα φωτόνια να περάσουν ανάμεσά τους. Υπάρχει και μια τρίτη κατηγορία υλικών που «κρατάνε» τα φωτόνια, χωρίς ούτε να τα απορροφούν αλλά ούτε και να τους επιτρέπουν να περάσουν. Πρόκειται για μεταλλικά υλικά, μεταλλικούς δακτυλίους ή σπειρώματα που «κουβαλούν» τα φωτόνια γύρω από τα άτομά τους, τους εκτρέπουν την πορεία και τα αποβάλλουν από την άλλη πλευρά σαν αυτά να είχαν ταξιδέψει σε ευθεία γραμμή μέσα από το υλικό. Φανταστείτε το φως, όπως το νερό που κυλά γύρω από ένα ξύλο ή μια πέτρα μέσα σε ένα ποτάμι και συνεχίζει ανενόχλητο την πορεία του πίσω από το αντικείμενο. Βέβαια και πάλι προκύπτουν άλλοι περιορισμοί όπως το γεγονός ότι ακόμη και με την χρήση τέτοιου μεγέθους εξαρτημάτων κάποιο ποσοστό φωτός θα ανακλάται και πάλι με αποτέλεσμα το αντικείμενο να είναι ημιορατό και όχι αόρατο. Αυτό είναι και το στοίχημα που πρέπει να κερδίσουν τώρα οι ερευνητές και υπάρχουν αρκετές ομάδες που δουλεύουν πάνω στο θέμα. Αν καταφέρουν να εξάγουν κάποια ενθαρρυντικά αποτελέσματα θα αλλάξουν πολλά πράγματα.

Η επιτυχία των πειραμάτων που εκτελούν οι επιστημονικές ομάδες βασίζεται στο γεγονός του αν θα καταφέρουν να κατασκευάσουν ένα υλικό το οποίο να καλύπτει όλο το εύρος του ορατού φωτός και όχι ένα μόνο χρώμα ή μια συχνότητα φωτός. Είναι σχεδόν σίγουρο πως η κάπα του Χάρι Πότερ (ή Πόστερ όπως θέλετε πείτε τον) ¨υφαίνεται¨ και σε λίγο καιρό θα κυκλοφορεί ανάμεσα μας. Βρείτε την, πριν σας βρει!

 

 

 

Πηγή:  http://www.ephysics.gr