"Invisibility Caps" sinn nach ëmmer onsichtbar
Déi lescht an enger Serie vun "Klacken vun der Onsiichtbarkeet" ass deen op der University of Rochester gebuer (1), déi de passenden opteschen System benotzt. Awer Skeptiker nennen et eng Aart illusionisteschen Trick oder speziellen Effekt, an deem e schlau Lënsesystem d'Liicht brécht an dem Beobachter seng Visioun täuscht.
Et gëtt eng zimlech fortgeschratt Mathematik hannert deem alles - d'Wëssenschaftler musse se benotze fir ze fannen wéi een déi zwee Lënsen opstellt sou datt d'Liicht esou zerbrieche gëtt, datt se den Objet direkt hannert hinnen verstoppe kënnen. Dës Léisung funktionnéiert net nëmme wann Dir direkt op d'Lënse kuckt - e Wénkel vu 15 Grad oder en aneren ass genuch.
1. "Invisibility Cap" vun der Universitéit vu Rochester.
Et kann an Autoen benotzt ginn fir blann Flecken a Spigelen oder an Operatiounsraim ze eliminéieren, sou datt Chirurgen duerch hir Hänn kënne gesinn. Dëst ass eng aner an enger laanger Serie vu Offenbarungen iwwer onsichtbar Technologiedéi an de leschte Jore bei eis komm sinn.
2012 hu mir schonn iwwer de "Cap of Invisibility" vun der American Duke University héieren. Nëmmen déi interessantst huet dunn gelies datt et ëm d'Onsichtbarkeet vun engem klenge Zylinder an engem klenge Fragment vum Mikrowellespektrum geet. E Joer virdrun hunn den Herzog Beamten iwwer Sonar Stealth Technologie gemellt, déi an e puer Kreesser villverspriechend schéngen kann.
Leider war et Onsiichtbarkeet nëmmen aus engem bestëmmte Siicht an an engem enk Ëmfang, déi d'Technik vun wéineg Notzung gemaach huet. Am 2013 hunn déi onermiddlech Ingenieuren am Herzog en 3D gedréckten Apparat proposéiert deen en Objet bannen mat Mikro-Lächer an der Struktur camoufléiert huet (2). Dat geschitt awer erëm an enger limitéierter Welleberäich an nëmmen aus enger bestëmmter Siicht.
D'Fotoen, déi um Internet publizéiert goufen, hu villverspriechend cape kanadesch Firma Hyperstealth ausgesinn, déi am Joer 2012 ënner dem intriganten Numm Quantum Stealth (3) ugekënnegt gouf. Leider sinn Aarbechtsprototypen ni bewisen ginn, an och net erkläert ginn wéi et funktionnéiert. D'Firma zitéiert Sécherheetsprobleemer als Grond a cryptesch bericht datt et geheime Versioune vum Produkt fir d'Militär virbereet.
Front Monitor, hënneschter Kamera
Éischt modernOnsiichtbarkeet Cap» Agefouert virun zéng Joer vum japaneschen Ingenieur Prof. Susumu Tachi vun der Universitéit vun Tokyo. Hien huet eng Kamera benotzt hannert engem Mann deen e Mantel huet, deen och e Monitor war. D'Bild vun der hënneschter Kamera gouf drop projizéiert. De gekleete Mann war "onsichtbar". En ähnlechen Trick gëtt vum Adaptiv Gefier Camouflage Apparat benotzt, deen an der viregter Dekade vu BAE Systems agefouert gouf (4).
Et weist en Infraroutbild "vun hannen" op der Panzerbewaffnung. Sou eng Maschinn ass einfach net a Siichtapparaten ze gesinn. D'Iddi fir Objeten ze maskéieren huet 2006 geformt. Den John Pendry vum Imperial College London, den David Schurig an den David Smith vun der Duke University hunn d'Theorie vun der "Transformationsoptik" an der Zäitschrëft Science publizéiert a presentéiert wéi et am Fall vu Mikrowellen funktionnéiert (méi laang Wellelängte wéi sichtbar Liicht).
2. Eng "Invisibility Cap" an dräi Dimensiounen gedréckt.
Mat der Hëllef vun passenden Metamaterialien kann eng elektromagnetesch Welle sou gebéit ginn, datt d'Ëmgéigend Objet ëmgoen an op säin aktuelle Wee zréckkënnt. De Parameter, deen déi allgemeng optesch Reaktioun vum Medium charakteriséiert, ass de Brechungsindex, dee bestëmmt wéi vill Mol méi lues wéi am Vakuum d'Liicht an dësem Medium bewegt. Mir berechnen et als Wuerzel vum Produkt vun der relativer elektrescher a magnetescher Permeabilitéit.
relativ elektresch Permeabilitéit; bestëmmt wéivill Mol d'elektresch Interaktiounskraaft an enger bestëmmter Substanz manner ass wéi d'Interaktiounskraaft am Vakuum. Dofir ass et eng Moossnam fir wéi staark d'elektresch Ladungen an enger Substanz op en externt elektrescht Feld reagéieren. Déi meescht Substanzen hunn eng positiv Permittivitéit, dat heescht datt d'Feld geännert duerch d'Substanz nach ëmmer déiselwecht Bedeitung huet wéi dat externt Feld.
Déi relativ magnetesch Permeabilitéit m bestëmmt wéi d'Magnéitfeld ännert an engem Raum gefëllt mat engem bestëmmte Material, am Verglach zum Magnéitfeld dat an engem Vakuum mat der selwechter externer Magnéitfeldquell existéiert. Fir all natierlech optriedend Substanzen ass déi relativ magnetesch Permeabilitéit positiv. Fir transparent Medien wéi Glas oder Waasser sinn all dräi Quantitéite positiv.
Da gëtt d'Liicht, deen aus Vakuum oder Loft passéiert (Loftparameter sinn nëmme liicht anescht wéi Vakuum) an d'Mëttel, gebrach no dem Gesetz vun der Brechung an de Verhältnis vum Sinus vum Inzidenzwénkel zum Sinus vum Brechungswinkel ass gläich mam Brechungsindex fir dëst Medium. De Wäert ass manner wéi null; an m heescht datt d'Elektronen am Medium an déi entgéintgesate Richtung bewegen zu der Kraaft, déi vum elektresche oder magnetesche Feld erstallt gëtt.
Genee dat geschitt a Metaller, an deenen de fräie Elektronegas seng eege Schwéngunge mécht. Wann d'Frequenz vun enger elektromagnéitescher Well d'Frequenz vun dësen natierleche Schwéngungen vun Elektronen net iwwerschreift, dann screenen dës Schwéngungen d'elektrescht Feld vun der Welle sou effektiv datt se et net erlaben déif an d'Metall anzegoen a souguer e Feld ze kreéieren, deen am Géigendeel geriicht ass. op den externen Terrain.
Als Resultat ass d'Permitivitéit vun esou engem Material negativ. Onméiglech fir déif an d'Metall ze penetréieren, gëtt elektromagnetesch Stralung vun der Uewerfläch vum Metall reflektéiert, an d'Metall selwer kritt e charakteristesche Glanz. Wat wa béid Aarte vu Permittivitéit negativ wieren? Dës Fro gouf 1967 vum russesche Physiker Viktor Veselago gestallt. Et stellt sech eraus datt de Brechungsindex vun esou engem Medium negativ ass an d'Liicht op eng ganz aner Manéier gebrach gëtt wéi aus dem gewéinleche Brechungsgesetz.
5. Negativ Refraktioun op der Uewerfläch vun engem Metamaterial - Visualiséierung
Da gëtt d'Energie vun der elektromagnetescher Welle no vir transferéiert, awer d'Maxima vun der elektromagnéitescher Welle bewegt sech an déi entgéintgesate Richtung wéi d'Form vum Impuls an der iwwerdroener Energie. Esou Materialien existéieren net an der Natur (et gi keng Substanzen mat negativ magnetescher Permeabilitéit). Nëmmen an der 2006 Verëffentlechung uewen ernimmt a villen anere Publikatiounen, déi an de Joren duerno erstallt goufen, war et méiglech ze beschreiwen an dofir kënschtlech Strukturen mat engem negativen Refraktiounsindex ze bauen (5).
Si ginn Metamaterial genannt. De griichesche Präfix "meta" heescht "no", dat heescht, dës sinn Strukturen aus Naturmaterialien. Metamaterialien kréien d'Eegeschafte déi se brauchen andeems se kleng elektresch Circuiten bauen déi d'magnetesch oder elektresch Eegeschafte vum Material mimikéieren. Vill Metaller hunn eng negativ elektresch Permeabilitéit, also ass et genuch Plaz fir Elementer ze verloossen déi eng negativ magnetesch Äntwert ginn.
Amplaz vun engem homogene Metal, vill dënn Metalldrähten, déi an der Form vun engem kubesche Gitter arrangéiert sinn, sinn op eng Plack aus Isoléiermaterial befestegt. Andeems Dir den Duerchmiesser vun den Drot an d'Distanz tëscht hinnen ännert, ass et méiglech d'Frequenzwäerter unzepassen, bei deenen d'Struktur eng negativ elektresch Permeabilitéit wäert hunn. Fir negativ magnetesch Permeabilitéit am einfachsten Fall ze kréien, besteet den Design aus zwee gebrochene Réng aus engem gudden Dirigent (zum Beispill Gold, Sëlwer oder Kupfer) a getrennt vun enger Schicht vun engem anere Material.
Esou e System gëtt e Splitring-Resonator genannt - als SRR ofgekierzt, aus dem Engleschen. Splitringresonator (6). Duerch d'Lücken an de Réng an d'Distanz tëscht hinnen huet et eng gewësse Kapazitéit, wéi e Kondensator, a well d'Réng aus konduktivt Material sinn, huet se och eng gewëssen Induktioun, d.h. Fähegkeet Stroum ze generéieren.
Ännerungen am externe Magnéitfeld vun der elektromagnetescher Welle verursaachen e Stroum an de Réng, an dëse Stroum schaaft e Magnéitfeld. Et stellt sech eraus datt mat engem passenden Design d'Magnéitfeld, déi vum System erstallt gëtt, vis-à-vis vum externe Feld riicht. Dëst resultéiert an enger negativer magnetescher Permeabilitéit vun engem Material dat esou Elementer enthält. Andeems Dir d'Parameteren vum Metamaterial System feststellt, kann een eng negativ magnetesch Äntwert an enger zimlech breet Palette vu Wellefrequenzen kréien.
meta - Gebai
Den Dram vun den Designer ass e System ze bauen an deem d'Wellen am Idealfall ronderëm den Objet fléien (7). Am Joer 2008 hunn d'Wëssenschaftler vun der University of California, Berkeley, fir d'éischte Kéier an der Geschicht, dräi-zweedimensional Materialien erstallt, déi en negativen Brechungsindex fir siichtbar an no-Infrarout Liicht hunn, d'Liicht an eng Richtung Géigendeel zu senger natierlecher Richtung béien. Si hunn en neit Metamaterial erstallt andeems se Sëlwer mat Magnesiumfluorid kombinéiert hunn.
Duerno gëtt et an eng Matrix geschnidden, déi aus Miniaturnadelen besteet. De Phänomen vun der negativer Refraktioun ass bei Wellelängten vun 1500 nm (no Infrarout) observéiert ginn. Am fréien 2010 huet den Tolga Ergin vum Karlsruhe Institut fir Technologie a Kollegen um Imperial College London geschaf. onsichtbar Liicht Rido. D'Fuerscher benotzt Materialien déi um Maart verfügbar sinn.
Si hunn photonesch Kristalle benotzt, déi op enger Uewerfläch geluecht goufen, fir e mikroskopesche Virsprong op enger Goldplack ze decken. Also ass de Metamaterial aus speziellen Lënsen erstallt. D'Lënse vis-à-vis vum Bockel op der Plack sinn esou plazéiert, datt se duerch Oflehnung vun en Deel vun de Liichtwellen d'Streuung vum Liicht op der Bulge eliminéieren. Duerch d'Beobachtung vun der Plack ënner engem Mikroskop, mat Hëllef vu Liicht mat enger Wellelängt no bei där vum sichtbare Liicht, hunn d'Wëssenschaftler eng flaach Plack gesinn.
Méi spéit konnten d'Fuerscher vun der Duke University an dem Imperial College London eng negativ Reflexioun vun der Mikrowellestralung kréien. Fir dësen Effekt ze kréien, mussen eenzel Elementer vun der metamaterial Struktur manner wéi d'Wellelängt vum Liicht sinn. Also et ass eng technesch Erausfuerderung déi d'Produktioun vu ganz klenge metamaterial Strukturen erfuerdert, déi mat der Wellelängt vum Liicht passen, déi se solle briechen.
Siichtbar Liicht (violett bis rout) huet eng Wellelängt vun 380 bis 780 Nanometer (en Nanometer ass eng Milliardstel vun engem Meter). Nanotechnologen vun der Scottish University of St. Andrews koumen zur Rettung. Si kruten eng eenzeg Schicht vun extrem dichte Meshed Metamaterial. D'Säite vum New Journal of Physics beschreiwen e Metaflex, dee fäeg ass Wellelängte vu ronn 620 Nanometer ze béien (orange-rout Liicht).
Am Joer 2012 hunn eng Grupp vun amerikanesche Fuerscher vun der University of Texas zu Austin mat engem ganz aneren Trick mat Hëllef vu Mikrowellen erauskomm. En Zylinder mat engem Duerchmiesser vun 18 cm gouf mat engem negativen Impedanz Plasmamaterial beschichtet, wat d'Manipulatioun vun den Eegeschaften erlaabt. Wann et genee de Géigendeel opteschen Eegeschafte vum verstoppten Objet huet, schaaft et eng Zort "negativ".
Sou iwwerlappen déi zwou Wellen an den Objet gëtt onsichtbar. Als Resultat kann d'Material verschidde verschidde Frequenzberäicher vun der Welle béien, sou datt se ronderëm den Objet fléien, op der anerer Säit dovun konvergéieren, wat fir en externen Beobachter vläicht net bemierkbar ass. Theoretesch Konzepter multiplizéieren.
Virun enger Dose Méint hunn Advanced Optical Materials en Artikel iwwer eng méiglecherweis banbrytend Studie vu Wëssenschaftler vun der University of Central Florida publizéiert. Wien weess ob se et net fäerdeg bruecht hunn déi bestehend Restriktiounen op "onsichtbar Hutt» Aus Metamaterial gebaut. No der vun hinnen publizéiert Informatioun ass d'Verschwannen vum Objet am siichtbar Liichtberäich méiglech.
7. Theoretesch Weeër fir Liicht op en onsichtbaren Objet ze béien
Debashis Chanda a seng Equipe beschreiwen d'Benotzung vun engem Metamaterial mat enger dreidimensionaler Struktur. Et war méiglech ze kréien dank der sougenannten. Nanotransfer Dréckerei (NTP), déi Metal-dielektresch Bänner produzéiert. De Brechungsindex kann duerch Nanoengineering Methoden geännert ginn. De Liichtverbreedungswee muss an der dreidimensionaler Uewerflächestruktur vum Material mat der elektromagnetescher Resonanzmethod kontrolléiert ginn.
D'Wëssenschaftler si ganz virsiichteg an hire Conclusiounen, awer aus der Beschreiwung vun hirer Technologie ass et ganz kloer datt d'Beschichtungen vun esou engem Material fäeg sinn elektromagnetesch Wellen zu engem groussen Ausmooss ze deflectéieren. Zousätzlech ass d'Art a Weis wéi dat neit Material kritt gëtt d'Produktioun vu grousse Flächen erlaabt, wat e puer dozou gefouert huet, vun Kämpfer ze dreemen, déi an esou Tarnung bedeckt sinn, déi hinnen suergen. Onsiichtbarkeet komplett, vu Radar bis Dagesliicht.
Verstoppungsgeräter mat Metamaterialien oder opteschen Techniken verursaachen net déi tatsächlech Verschwannen vun Objeten, awer nëmmen hir Onsiichtbarkeet fir Detektiounsinstrumenter, a geschwënn, vläicht, fir d'Aen. Et ginn awer scho méi radikal Iddien. De Jeng Yi Lee an de Ray-Kuang Lee vun der Taiwan National Tsing Hua Universitéit hunn en theoretescht Konzept vun engem Quante "Mantel vun der Onsiichtbarkeet" proposéiert fir Objeten net nëmmen aus dem Siichtfeld ze entfernen, awer och aus der Realitéit als Ganzt.
Dëst funktionnéiert ähnlech wéi dat wat uewe diskutéiert gouf, awer d'Schrödinger Equatioun gëtt benotzt anstatt dem Maxwell seng Equatioune. De Punkt ass d'Probabilitéitsfeld vum Objet ze strecken sou datt et gläich ass mat Null. Theoretesch ass dat op der Mikroskala méiglech. Wéi och ëmmer, et wäert laang daueren fir op d'technologesch Méiglechkeeten ze waarden fir sou en Cover ze produzéieren. Wéi all "Onsiichtbarkeet Cap"Wat ka soen datt si wierklech eppes vun eiser Vue verstoppt huet.
