«Անտեսանելի գլխարկները» դեռևս անտեսանելի են

«Անտեսանելիության թիկնոցների» շարքից վերջինը Ռոչեսթերի համալսարանում ծնվածն է (1), որն օգտագործում է համապատասխան օպտիկական համակարգ։ Այնուամենայնիվ, թերահավատները դա անվանում են ինչ-որ իլյուզիոնիստական ​​հնարք կամ հատուկ էֆեկտ, որի դեպքում ոսպնյակների խելացի համակարգը բեկում է լույսը և խաբում դիտորդի տեսողությունը:

Այս ամենի հետևում կա բավականին առաջադեմ մաթեմատիկա. գիտնականները պետք է օգտագործեն այն, որպեսզի պարզեն, թե ինչպես կարգավորել երկու ոսպնյակները, որպեսզի լույսը բեկվի այնպես, որ նրանք կարողանան թաքցնել առարկան անմիջապես իրենց հետևում: Այս լուծումը գործում է ոչ միայն ոսպնյակներին ուղղակիորեն նայելիս՝ բավական է 15 աստիճանի կամ այլ անկյունը:

1. «Անտեսանելի գլխարկ» Ռոչեսթերի համալսարանից։

Այն կարող է օգտագործվել մեքենաներում հայելիների կամ վիրահատարանների կույր կետերը վերացնելու համար՝ թույլ տալով վիրաբույժներին տեսնել իրենց ձեռքերով: Սա ևս մեկ բացահայտումների երկար շարքից է անտեսանելի տեխնոլոգիաորոնք մեզ են հասել վերջին տարիներին։

2012 թվականին մենք արդեն լսել ենք «Անտեսանելի գլխարկի» մասին ամերիկյան Դյուկի համալսարանից։ Այն ժամանակ միայն ամենահետաքրքրասերները կարդացին, որ խոսքը միկրոալիքային սպեկտրի մի փոքրիկ հատվածում փոքրիկ մխոցի անտեսանելիության մասին է: Մեկ տարի առաջ Դյուկի պաշտոնյաները զեկուցեցին սոնարների գաղտնի տեխնոլոգիայի մասին, որը կարող է խոստումնալից թվալ որոշ շրջանակներում:

Ցավոք, դա եղել է անտեսանելիություն միայն որոշակի տեսակետից և նեղ շրջանակում, ինչը տեխնոլոգիան քիչ կիրառություն ունեցավ։ 2013-ին Դյուկի անխոնջ ինժեներները առաջարկեցին 3D տպագիր սարք, որը քողարկում էր ներսում տեղադրված առարկան կառուցվածքի միկրո անցքերով (2): Սակայն կրկին դա տեղի ունեցավ ալիքների սահմանափակ տիրույթում և միայն որոշակի տեսանկյունից։

Համացանցում հրապարակված լուսանկարներում խոստումնալից տեսք է ունեցել կանադական Hyperstealth ընկերության թիկնոցը, որը 2012 թվականին գովազդվել է Quantum Stealth (3) ինտրիգային անվան տակ։ Ցավոք, աշխատանքային նախատիպերը երբեք չեն ցուցադրվել, ոչ էլ բացատրվել է, թե ինչպես է այն աշխատում: Ընկերությունը որպես պատճառ նշում է անվտանգության խնդիրները և գաղտնի կերպով հայտնում է, որ պատրաստում է արտադրանքի գաղտնի տարբերակները զինվորականների համար։

Առջևի մոնիտոր, հետևի տեսախցիկ

Առաջին ժամանակակիցանտեսանելի գլխարկ» Ներկայացվել է տասը տարի առաջ ճապոնացի ինժեներ պրոֆ. Սուսումու Տաչին Տոկիոյի համալսարանից։ Նա օգտագործեց տեսախցիկ, որը տեղադրված էր մի մարդու հետևում, որը վերարկու էր կրում, որը նույնպես մոնիտոր էր: Հետևի տեսախցիկի պատկերը նախագծվել է դրա վրա: Թիկնոցով տղամարդը «անտեսանելի» էր. Նմանատիպ հնարք օգտագործվում է Adaptiv տրանսպորտային միջոցների քողարկման սարքի կողմից, որը ներդրվել է նախորդ տասնամյակում BAE Systems-ի կողմից (4):

Այն ցուցադրում է ինֆրակարմիր պատկեր «ետևից» տանկի զրահի վրա։ Նման մեքենա պարզապես չի երևում տեսողական սարքերում: Օբյեկտները դիմակավորելու գաղափարը ձևավորվել է 2006 թվականին։ Ջոն Փենդրին Լոնդոնի կայսերական քոլեջից, Դեյվիդ Շուրիգը և Դյուկի համալսարանի Դեյվիդ Սմիթը հրատարակել են «փոխակերպման օպտիկայի» տեսությունը Science ամսագրում և ներկայացրել, թե ինչպես է այն աշխատում միկրոալիքների դեպքում (ալիքի երկարություն, քան տեսանելի լույսը):

2. Եռաչափ տպված «անտեսանելի գլխարկ»:

Համապատասխան մետանյութերի օգնությամբ էլեկտրամագնիսական ալիքը կարող է այնպես թեքվել, որ շրջանցի շրջապատող առարկան և վերադառնա իր ընթացիկ ճանապարհին։ Միջավայրի ընդհանուր օպտիկական ռեակցիան բնութագրող պարամետրը բեկման ինդեքսն է, որը որոշում է, թե քանի անգամ ավելի դանդաղ, քան վակուումում, լույսը շարժվում է այս միջավայրում։ Մենք այն հաշվարկում ենք որպես հարաբերական էլեկտրական և մագնիսական թափանցելիության արտադրյալի արմատ։

հարաբերական էլեկտրական թափանցելիություն; որոշում է, թե տվյալ նյութում քանի անգամ է փոքր էլեկտրական փոխազդեցության ուժը վակուումում։ Հետևաբար, դա չափում է, թե որքան ուժեղ են նյութի ներսում էլեկտրական լիցքերը արձագանքում արտաքին էլեկտրական դաշտին: Նյութերի մեծ մասն ունեն դրական թույլատրելիություն, ինչը նշանակում է, որ նյութի կողմից փոխված դաշտը դեռևս նույն նշանակությունն ունի, ինչ արտաքին դաշտը:

Հարաբերական մագնիսական թափանցելիությունը m որոշում է, թե ինչպես է մագնիսական դաշտը փոխվում տվյալ նյութով լցված տարածության մեջ՝ համեմատած մագնիսական դաշտի հետ, որը գոյություն կունենար վակուումում՝ արտաքին մագնիսական դաշտի նույն աղբյուրով: Բոլոր բնական նյութերի համար հարաբերական մագնիսական թափանցելիությունը դրական է: Թափանցիկ կրիչների համար, ինչպիսիք են ապակին կամ ջուրը, բոլոր երեք քանակությունները դրական են:

Այնուհետև լույսը, անցնելով վակուումից կամ օդից (օդի պարամետրերը միայն մի փոքր տարբերվում են վակուումից) միջավայր, բեկվում է բեկման օրենքի համաձայն և անկման անկյան սինուսի և բեկման անկյան սինուսի հարաբերակցությունը. հավասար է այս միջավայրի բեկման ինդեքսին: արժեքը զրոյից պակաս է; իսկ m նշանակում է, որ միջավայրի ներսում էլեկտրոնները շարժվում են էլեկտրական կամ մագնիսական դաշտի ստեղծած ուժի հակառակ ուղղությամբ։

Դա հենց այն է, ինչ տեղի է ունենում մետաղների մեջ, որոնցում ազատ էլեկտրոնային գազը ենթարկվում է իր տատանումների: Եթե ​​էլեկտրամագնիսական ալիքի հաճախականությունը չի գերազանցում էլեկտրոնների այս բնական տատանումների հաճախականությունը, ապա այդ տատանումներն այնքան արդյունավետ կերպով զննում են ալիքի էլեկտրական դաշտը, որ թույլ չեն տալիս, որ այն խորը թափանցի մետաղի մեջ և նույնիսկ հակառակ ուղղությամբ դաշտ է ստեղծում։ դեպի արտաքին դաշտ։

Արդյունքում, նման նյութի թույլատրելիությունը բացասական է: Չկարողանալով մետաղի մեջ խորը թափանցել՝ էլեկտրամագնիսական ճառագայթումը արտացոլվում է մետաղի մակերեսից, և մետաղն ինքնին ձեռք է բերում բնորոշ փայլ։ Իսկ եթե թույլատրելիության երկու տեսակներն էլ բացասական լինեին: Այս հարցը 1967 թվականին տվել է ռուս ֆիզիկոս Վիկտոր Վեսելագոն։ Պարզվում է, որ նման միջավայրի բեկման ինդեքսը բացասական է, իսկ լույսը բեկվում է բոլորովին այլ կերպ, քան բխում է բեկման սովորական օրենքից։

5. Բացասական բեկում մետանյութի մակերեսի վրա՝ վիզուալիզացիա

Այնուհետև էլեկտրամագնիսական ալիքի էներգիան փոխանցվում է առաջ, բայց էլեկտրամագնիսական ալիքի մաքսիմալները շարժվում են իմպուլսի ձևի և փոխանցվող էներգիայի հակառակ ուղղությամբ։ Նման նյութեր բնության մեջ գոյություն չունեն (բացասական մագնիսական թափանցելիությամբ նյութեր չկան)։ Միայն վերը նշված 2006 թվականի հրապարակման մեջ և հետագա տարիներին ստեղծված բազմաթիվ այլ հրապարակումներում հնարավոր եղավ նկարագրել և, հետևաբար, կառուցել արհեստական ​​կառույցներ՝ բացասական բեկման ինդեքսով (5):

Դրանք կոչվում են մետանյութեր։ Հունարեն «meta» նախածանցը նշանակում է «հետո», այսինքն՝ դրանք բնական նյութերից պատրաստված կառույցներ են։ Մետանյութերը ձեռք են բերում իրենց անհրաժեշտ հատկությունները՝ կառուցելով փոքր էլեկտրական սխեմաներ, որոնք ընդօրինակում են նյութի մագնիսական կամ էլեկտրական հատկությունները: Շատ մետաղներ ունեն բացասական էլեկտրական թափանցելիություն, ուստի բավական է տեղ թողնել այն տարրերին, որոնք բացասական մագնիսական արձագանք են տալիս:

Միատարր մետաղի փոխարեն մեկուսիչ նյութի ափսեի վրա կցվում են շատ բարակ մետաղական մետաղալարեր, որոնք դասավորված են խորանարդ ցանցի տեսքով: Փոխելով լարերի տրամագիծը և նրանց միջև հեռավորությունը, հնարավոր է կարգավորել հաճախականության արժեքները, որոնց դեպքում կառուցվածքը կունենա բացասական էլեկտրական թափանցելիություն: Ամենապարզ դեպքում բացասական մագնիսական թափանցելիություն ստանալու համար դիզայնը բաղկացած է երկու կոտրված օղակներից, որոնք պատրաստված են լավ հաղորդիչից (օրինակ՝ ոսկի, արծաթ կամ պղինձ) և բաժանված մեկ այլ նյութի շերտով։

Նման համակարգը կոչվում է պառակտված օղակի ռեզոնատոր, որը կրճատվել է որպես SRR, անգլերենից: Պառակտող օղակի ռեզոնատոր (6): Օղակների բացերի և նրանց միջև հեռավորության պատճառով այն ունի որոշակի հզորություն, ինչպես կոնդենսատորը, և քանի որ օղակները պատրաստված են հաղորդիչ նյութից, այն ունի նաև որոշակի ինդուկտիվություն, այսինքն. հոսանք առաջացնելու ունակություն.

Արտաքին մագնիսական դաշտի փոփոխությունները էլեկտրամագնիսական ալիքից առաջացնում են հոսանք օղակների մեջ, և այս հոսանքը ստեղծում է մագնիսական դաշտ: Պարզվում է, որ համապատասխան դիզայնով համակարգի ստեղծած մագնիսական դաշտն ուղղված է արտաքին դաշտին հակառակ։ Սա հանգեցնում է նման տարրեր պարունակող նյութի բացասական մագնիսական թափանցելիության: Մետամատերիալ համակարգի պարամետրերը սահմանելով՝ կարելի է բացասական մագնիսական արձագանք ստանալ ալիքային հաճախականությունների բավականին լայն տիրույթում։

մետա շենք

Դիզայներների երազանքն է կառուցել այնպիսի համակարգ, որում ալիքները իդեալականորեն կհոսեն օբյեկտի շուրջը (7): 2008 թվականին Բերկլիի Կալիֆորնիայի համալսարանի գիտնականները պատմության մեջ առաջին անգամ ստեղծեցին եռաչափ նյութեր, որոնք ունեն տեսանելի և մոտ ինֆրակարմիր լույսի բացասական բեկման ինդեքս՝ լույսը ճկելով բնական ուղղության հակառակ ուղղությամբ: Նրանք նոր մետանյութ են ստեղծել՝ արծաթը մագնեզիումի ֆտորիդի հետ համատեղելով։

Այնուհետև այն կտրվում է մանրանկարչական ասեղներից բաղկացած մատրիցայի մեջ։ Բացասական բեկման երեւույթը նկատվել է 1500 նմ ալիքի երկարություններում (ինֆրակարմիրի մոտ)։ 2010 թվականի սկզբին Կարլսրուեի տեխնոլոգիական ինստիտուտից Տոլգա Էրգինը և Լոնդոնի Կայսերական քոլեջի գործընկերները ստեղծեցին. անտեսանելի թեթեւ վարագույր: Հետազոտողները օգտագործել են շուկայում առկա նյութերը։

Նրանք օգտագործում էին ֆոտոնիկ բյուրեղներ, որոնք դրված էին մակերեսի վրա՝ ոսկե ափսեի վրա մանրադիտակային ելուստը ծածկելու համար: Այսպիսով, մետանյութը ստեղծվել է հատուկ ոսպնյակներից: Ափսեի վրա գտնվող կուզին հակառակ ոսպնյակները տեղադրված են այնպես, որ լուսային ալիքների մի մասը շեղելով՝ վերացնում են լույսի ցրումը ուռուցիկության վրա։ Դիտելով ափսեը մանրադիտակի տակ, օգտագործելով տեսանելի լույսին մոտ ալիքի երկարությամբ լույս, գիտնականները տեսան հարթ թիթեղ:

Ավելի ուշ Դյուկի համալսարանի և Լոնդոնի Կայսերական քոլեջի հետազոտողները կարողացան միկրոալիքային ճառագայթման բացասական արտացոլում ստանալ: Այս ազդեցությունը ստանալու համար մետանյութի կառուցվածքի առանձին տարրերը պետք է լինեն լույսի ալիքի երկարությունից փոքր: Այսպիսով, դա տեխնիկական մարտահրավեր է, որը պահանջում է շատ փոքր մետանյութական կառուցվածքների արտադրություն, որոնք համապատասխանում են լույսի ալիքի երկարությանը, որը նրանք պետք է բեկեն:

Տեսանելի լույսը (մանուշակագույնից կարմիր) ունի 380-ից 780 նանոմետր ալիքի երկարություն (նանոմետրը մետրի մեկ միլիարդերորդն է): Օգնության են հասել Շոտլանդիայի Սենթ Էնդրյուսի համալսարանի նանոտեխնոլոգիաները։ Նրանք ստացան չափազանց խիտ ցանցավոր մետանյութի մեկ շերտ: Ֆիզիկայի New Journal-ի էջերը նկարագրում են մետաֆլեքս, որը կարող է թեքել մոտ 620 նանոմետր ալիքի երկարություն (նարնջագույն-կարմիր լույս):

2012 թվականին Օսթինի Տեխասի համալսարանի ամերիկացի հետազոտողների խումբը միկրոալիքային վառարանների միջոցով բոլորովին այլ հնարք է մտածել: 18 սմ տրամագծով գլան պատված է բացասական դիմադրողականությամբ պլազմային նյութով, որը թույլ է տալիս մանիպուլյացիայի ենթարկել հատկությունները: Եթե ​​այն ունի թաքնված օբյեկտի ճիշտ հակառակ օպտիկական հատկությունները, այն ստեղծում է մի տեսակ «բացասական»:

Այսպիսով, երկու ալիքները համընկնում են, և օբյեկտը դառնում է անտեսանելի: Արդյունքում, նյութը կարող է թեքել ալիքի մի քանի տարբեր հաճախականությունների միջակայքեր, որպեսզի նրանք հոսեն օբյեկտի շուրջը, միանալով դրա մյուս կողմում, ինչը կարող է նկատելի չլինել արտաքին դիտորդի համար: Տեսական հասկացությունները բազմապատկվում են.

Մոտ մեկ տասնյակ ամիս առաջ Advanced Optical Materials-ը հոդված հրապարակեց Կենտրոնական Ֆլորիդայի համալսարանի գիտնականների կողմից հնարավոր բեկումնային հետազոտության մասին: Ո՞վ գիտի, արդյոք նրանք չկարողացան հաղթահարել առկա սահմանափակումները «անտեսանելի գլխարկներ» Կառուցված է մետանյութերից: Նրանց հրապարակած տեղեկատվության համաձայն՝ օբյեկտի անհետացումը տեսանելի լույսի տիրույթում հնարավոր է։

7. Անտեսանելի առարկայի վրա լույսը թեքելու տեսական եղանակներ

Դեբաշիս Չանդան և նրա թիմը նկարագրում են եռաչափ կառուցվածք ունեցող մետամատերիալի օգտագործումը: Այն հնարավոր եղավ ստանալ շնորհիվ այսպես կոչված. նանոտրանսֆերային տպագրություն (NTP), որն արտադրում է մետաղ-դիէլեկտրիկ ժապավեններ։ բեկման ինդեքսը կարող է փոփոխվել նանոինժեներական մեթոդներով։ Լույսի տարածման ուղին պետք է վերահսկվի նյութի եռաչափ մակերեսային կառուցվածքում՝ օգտագործելով էլեկտրամագնիսական ռեզոնանսային մեթոդը:

Գիտնականները շատ զգույշ են իրենց եզրակացություններում, բայց նրանց տեխնոլոգիայի նկարագրությունից միանգամայն պարզ է դառնում, որ նման նյութի ծածկույթները ունակ են մեծ չափով շեղել էլեկտրամագնիսական ալիքները: Բացի այդ, նոր նյութի ստացման եղանակը թույլ է տալիս արտադրել մեծ տարածքներ, ինչը ստիպեց ոմանց երազել այնպիսի քողարկված մարտիկների մասին, որոնք կապահովեն իրենց անտեսանելիություն ամբողջական՝ ռադարից մինչև ցերեկային լույս:

Մետանյութեր կամ օպտիկական տեխնիկա օգտագործող քողարկող սարքերը չեն առաջացնում առարկաների իրական անհետացում, այլ միայն դրանց անտեսանելիությունը հայտնաբերման գործիքների համար և շուտով, հնարավոր է, աչքի համար: Այնուամենայնիվ, արդեն կան ավելի արմատական ​​գաղափարներ։ Ջեն Յի Լին և Ռեյ-Կուանգ Լին Թայվանի Ցինգ Հուա համալսարանից առաջարկել են քվանտային «անտեսանելիության գլխարկի» տեսական հայեցակարգ, որը կարող է հեռացնել առարկաները ոչ միայն տեսադաշտից, այլև իրականությունից որպես ամբողջություն:

Սա կաշխատի վերևում քննարկվածի նման, բայց Մաքսվելի հավասարումների փոխարեն կօգտագործվի Շրյոդինգերի հավասարումը: Խնդիրն այն է, որ օբյեկտի հավանականության դաշտը ձգվի այնպես, որ այն հավասար լինի զրոյի: Տեսականորեն դա հնարավոր է միկրոսանդղակով։ Այնուամենայնիվ, երկար ժամանակ կպահանջվի սպասել նման ծածկույթի արտադրության տեխնոլոգիական հնարավորություններին: Ինչպես ցանկացած»անտեսանելի գլխարկ«Ինչը կարելի է ասել, որ նա իսկապես ինչ-որ բան թաքցնում էր մեր աչքից։