Mantia invizibilă din „Harry Potter” devine realitate! Metamateriale ce încalcă legile fizicii pot face lucrurile invizibile…

21 vizualizari

În serialul SF „Star Trek”, cunoaştem despre navele klingoniene care au un „dispozitiv de ascundere“ secret care le face invizibile la lumină sau radar. Cu ajutorul acestui dispozitiv, navele klingoniene se pot furişa în spatele navelor Federaţiei, surprinzându-le în ambuscadă şi scăpând nepedepsite.

Este un asemenea dispozitiv cu adevarat posibil? Invizibilitatea a fost multă vreme una dintre minunile literaturii SF, începând cu „Omul invizibil”, până la mantia invizibilă din cărţile „Harry Potter”. Totuşi, vreme de cel puţin un secol, fizicienii au respins posibilitatea unor mantii care să confere invizibilitate purtătorilor, declarând categoric că acestea sunt imposibile. Ele violeaza legile opticii şi nu se conformează niciuneia dintre proprietăţile cunoscute ale materiei. Dar astăzi, imposibilul ar putea deveni posibil. Noile progrese în domeniul „metamaterialelor“ obligă la o revizuire drastică a manualelor de optică.

Aşadar, un nou material exotic numit „metamaterial“, care s-ar putea ca într-o bună zi, să facă obiectele cu adevărat invizibile. În mod ironic, crearea metamaterialelor a fost cândva considerată imposibilă întrucât acestea încălcau legile opticii. Ce sunt metamaterialele? Sunt substanţe care posedă proprietăţi optice care nu se găsesc în natură. Metamaterialele sunt create prin plasarea unor implanturi minuscule într-o substanţă care forţează undele electromagnetice să fie deviate în moduri neobişnuite. De exemplu, la Universitatea Duke, oamenii de ştiinţă au încorporat circuite electrice minuscule în nişte fâşii de cupru aranjate în cercuri plate, concentrice (întru câtva asemănătoare spiralelor unui cuptor electric). A rezultat un amestec sofisticat de ceramică, teflon, fibre compozite şi componente metalice. Aceste implanturi înglobate în cupru fac posibilă devierea şi canalizarea parcursului radiaţiei din gama microundelor într-un anume fel. Gândiţi-vă la modul cum un râu îşi croieşte drum în jurul unui bolovan. Întrucât apa ocoleşte rapid bolovanul, prezenţa bolovanului „se pierde“ în aval.

În mod similar, metamaterialele pot modifica şi devia continuu parcursul microundelor, astfel încât, de exemplu, să ocolească un cilindru, ceea ce, în esenţă, determină ca tot ce se află în interiorul cilindrului să fie invizibil la microunde. Dacă metamaterialul poate elimina în totalitate reflexia şi umbrele, atunci poate face ca obiectul să fie complet invizibil pentru respectiva formă de radiaţie.

Oamenii de ştiinţă au demonstrat cu succes acest principiu cu ajutorul unui dispozitiv construit din zece inele din fibră de sticlă, acoperit cu elemente din cupru. Un inel din cupru în interiorul dispozitivului a fost făcut aproape invizibil la microunde, aruncând doar o umbră minusculă.

Proprietatea esenţială a metamaterialelor este capacitatea lor de a manipula ceva numit „indice de refracţie“. Refracţia este devierea pe care o suferă lumina atunci când străbate medii transparente. Dacă introduceţi mâna în apă sau priviţi prin lentilele ochelarilor, veţi observa că apa şi sticla distorsionează şi deviază calea luminii obişnuite. Motivul pentru care traiectoria luminii se modifică în sticlă sau apă este acela că lumina încetineşte la pătrunderea într-un mediu dens şi transparent. Viteza luminii în vid absolut rămâne aceeaşi, dar lumina care străbate sticla sau apa trebuie să treacă printre trilioane de atomi, ceea ce o încetineşte.

De obicei, indicele de refracţie este constant. Un fascicul îngust de lumină este deviat atunci când pătrunde în sticlă, şi apoi îşi menţine traiectoria dreaptă. Dar să presupunem pentru un moment că putem controla indicele de refracţie după bunul plac, astfel încât să se poată schimba continuu în fiecare punct din interiorul stratului de sticlă. Pe măsură ce străbate noul material, lumina poate fi deviată şi orientată în direcţii noi, creând o traiectorie sinuoasă în toată substanţa.

Dacă se poate controla indicele de refracţie din interiorul unui metamateriul, astfel încât lumina să ocolească un obiect, atunci respectivul obiect ar deveni invizibil. Pentru asta, metamaterialul în cauză trebuie să aibă un indice de refracţie negativ, despre care orice manual de optică spune că este imposibil.

Metamaterialele sunt atât de bizare şi de absurde, încât au fost considerate odată imposibil de obţinut. Dar în ultimii câţiva ani, metamaterialele au fost efectiv realizate în laborator, forţându-i pe fizicienii sceptici să rescrie toate manualele de optică.