Νέα υλικά κάνουν τα αντικείμενα αόρατα

Νέα υλικά κάνουν τα αντικείμενα αόρατα

4' 10" χρόνος ανάγνωσης
Ακούστε το άρθρο

Οσο περνάει ο καιρός οι φυσικοί κατασκευάζουν υλικά που κάμπτουν το φως «περίεργα», δημιουργώντας μια οπτική οφθαλμαπάτη που θα μπορούσε να οδηγήσει στην κατασκευή ακόμη πιο ευκρινών φακών ή να κάνει τα αντικείμενα να εξαφανίζονται.

Τον προηγούμενο Οκτώβριο, επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο Ντιούκ επέδειξαν μια συσκευή η οποία έκανε αόρατα αντικείμενα. Μια ακτίνα φωτός με μορφή μικροκυμάτων χωριζόταν στα δύο, ταξίδευε γύρω από έναν ειδικό κύλινδρο και ξαναενωνόταν στο πίσω μέρος του κυλίνδρου. Ετσι οποιοδήποτε αντικείμενο ήταν στο εσωτερικό του κυλίνδρου ουσιαστικά ήταν αόρατο. Κύματα φωτός δεν αναπηδούσαν στο αντικείμενο και κάποιος που το κοιτούσε θα έβλεπε μόνο ό,τι ήταν από πίσω του. Βεβαίως η συσκευή δεν ήταν τέλεια. Ενας εξωγήινος που θα διέθετε όραση μικροκυμάτων μπορεί να μην έβλεπε το αντικείμενο, αλλά θα παρατηρούσε κάτι περίεργο. «Θα έβλεπε ένα μαύρο σημείο», λέει ο Ντέιβιντ Σμιθ, καθηγητής μηχανικής υπολογιστών στο Ντιούκ. Ακόμη σημαντικότερο είναι το γεγονός ότι η συσκευή λειτουργούσε μόνο για ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος (μικροκύματα) περιορίζοντας έτσι τη χρησιμότητά της. Η κατασκευή μιας συσκευής που θα λειτουργεί στο ορατό φάσμα του φωτός και θα καλύπτει όλα τα χρώματα είναι ακόμη δυσκολότερο, ίσως ακατόρθωτο έργο. Παρ’ όλα αυτά, το πείραμα απέδειξε την ικανότητα των επιστημόνων να χειραγωγούν το φως χρησιμοποιώντας νέα υλικά που ονομάζουν «μεταϋλικά».

Αλλάζουν το βαθμό διάθλασης

Προφανώς, οι στρατιωτικοί ενδιαφέρονται για κάθε υλικό που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να κρύβει αντικείμενα. Ομως τα μεταϋλικά θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν και για την κατασκευή μικροσκοπίων ή κεραιών. Μέχρι σήμερα, οι επιστήμονες έχουν λύσει τις εξισώσεις που χρειάζονται, έχουν κάνει προσομοιώσεις σε υπολογιστή και έχουν κάνει ορισμένα βασικά πειράματα. Πρέπει ακόμη να ανακαλύψουν ποιοι είναι οι πρακτικοί περιορισμοί και πόσο μπορούν να κάμψουν το φως. Για να κατασκευάσουν μεταϋλικά οι φυσικοί χρησιμοποιούν συνηθισμένα υλικά όπως υαλοβάμβακα και χαλκό. Τα μεταϋλικά αντιδρούν με το ηλεκτρικό και μαγνητικό πεδίο των κυμάτων φωτός, αλλάζοντας την τιμή ενός αριθμού που είναι γνωστός ως βαθμός διάθλασης με τρόπο που δεν καταφέρνουν υλικά της Φύσης.

Οταν μια ακτίνα φωτός περνάει το όριο μεταξύ του αέρα και του νερού ή κάποιου άλλου διάφανου υλικού, κάμπτεται και ο βαθμός κάμψης εξαρτάται από το βαθμό διάθλασης του υλικού. Οσον αφορά το ορατό φως, τα διάφανα υλικά όπως το γυαλί, το νερό και τα διαμάντια έχουν βαθμό διάθλασης ένα ή μεγαλύτερο γεγονός που σημαίνει ότι όταν το φως εισέρχεται σε αυτά κάμπτεται προς τα μέσα. Ομως με τα μεταϋλικά οι επιστήμονες μπορούν να επιτύχουν βαθμό διάθλασης από το μηδέν μέχρι το ένα. Θεωρητικά, θα ήταν δυνατή η κατασκευή υλικού με βαθμό διάθλασης αρνητικό. Σε αυτή την περίπτωση, το φως που θα εισερχόταν σε ένα τέτοιο υλικό θα έκανε απότομη αναστροφή, σαν να είχε χτυπήσει σε έναν αόρατο καθρέφτη.

Ο καθηγητής Τζον Πέντρι του Imperial College του Λονδίνου είναι από τους πρώτους που άρχισε να κατασκευάζει μεταϋλικά στα τέλη της δεκαετίας του ’90 και μαζί με τον συνάδελφό του Ντέιβιντ Σμιθ κατασκεύασαν το πρώτο μεταϋλικό που αντιδρούσε τόσο στο ηλεκτρικό όσο και στο μαγνητικό πεδίο. Ομως, επί χρόνια η επιστημονική κοινότητα διαφωνούσε για το αν είναι δυνατό να κατασκευαστεί υλικό με αρνητικό βαθμό διάθλασης. Τα πειράματα που είχαν γίνει αφορούσαν μόνο μικροκύματα. Η κατασκευή μεταϋλικών για μικρότερο μήκος κύματος και υψηλότερη συχνότητα (όπως το ορατό φως) είναι πολύ πιο δύσκολο γιατί λιγότερα υλικά είναι διαφανή σε υψηλότερες συχνότητες. Εφέτος, ερευνητές στο Ames Laboratory στην Αϊόβα και στο Πανεπιστήμιο της Καρλσρούης στη Γερμανία ανέφεραν ότι κατασκεύασαν μεταϋλικό με αρνητικό βαθμό διάθλασης στο ορατό φάσμα. Ορισμένοι επιστήμονες δεν τους πίστεψαν, όμως οι περισσότεροι φυσικοί αποδέχονται το ενδεχόμενο.

Τα όρια των μεταϋλικών

Η διαφωνίες έδειξαν και τα όρια των μεταϋλικών. Εχουν δύο ιδιότητες. Η μια ονομάζεται διασκόρπιση και σημαίνει ότι η γωνία διάθλασης εξαρτάται από τη συχνότητα του φωτός. Η δεύτερη ιδιότητά τους είναι να απορροφούν ενέργεια από το φως. Παρ’ όλα αυτά, ο καθηγητής Πέντρι υποστηρίζει ότι από υλικά που να διαθέτουν αρνητικό βαθμό διάθλασης μπορούν να κατασκευαστούν πολύ καλοί φακοί, διότι έτσι παρακάμπτεται το φαινόμενο της διάθλασης του φωτός που θαμπώνει τις εικόνες. Ερευνητές, υπό την καθοδήγηση του καθηγητή Ξιάνγκ Ζανγκ του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στο Μπέρκλεϊ κατασκεύασαν ένα φακό από μεταϋλικό που έχει τη δυνατότητα να διαχωρίζει την εικόνα δύο λεπτών γραμμών με μεταξύ τους απόσταση μόλις 70 δισεκατομμυριοστά του μέτρου. Το κυρίως πρόβλημα είναι ότι το προς εξέταση αντικείμενο πρέπει να τοποθετηθεί πολύ κοντά στον φακό. Μια άλλη πιθανή χρήση είναι η αποθήκευση πληροφοριών, όπως στα DVD, λέει ο καθηγητής Ζανγκ. Το γεγονός ότι η εστίαση είναι πολύ αποτελεσματικότερη σημαίνει ότι περισσότερες πληροφορίες θα μπορούσαν να εγγραφούν στον ίδιο χώρο.

Σήμερα, οι ερευνητές μεταϋλικών προσπαθούν να επιλύσουν νέα προβλήματα. Τον Μάιο του 2006, οι καθηγητές Πέντρι και Σμιθ υποστήριξαν ότι θα μπορούσαν να κάνουν αόρατη μια μοναδική συχνότητα μικροκυμάτων. Μέχρι τον Οκτώβριο, είχαν κατασκευάσει μιαν απλοποιημένη συσκευή. Ωστόσο, δεν λειτουργεί στο ορατό φως λόγω του προβλήματος απορρόφησης της ενέργειας. Εφέτος, ο καθηγητής Βλαντιμίρ Σαλάεφ του Πανεπιστημίου Περντιού ακολούθησε διαφορετικό δρόμο και κατάφερε να ξεπεράσει αυτό το πρόβλημα. Λέει ότι μπορεί να κάνει αντικείμενα αόρατα στο ορατό φως, αν και μπορεί να κρύψει μόνο ένα χρώμα τη φορά. «Τουλάχιστον φαίνεται ότι είναι εφικτό», λέει.

Λάβετε μέρος στη συζήτηση 0 Εγγραφείτε για να διαβάσετε τα σχόλια ή
βρείτε τη συνδρομή που σας ταιριάζει για να σχολιάσετε.
Για να σχολιάσετε, επιλέξτε τη συνδρομή που σας ταιριάζει. Παρακαλούμε σχολιάστε με σεβασμό προς την δημοσιογραφική ομάδα και την κοινότητα της «Κ».
Σχολιάζοντας συμφωνείτε με τους όρους χρήσης.
Εγγραφή Συνδρομή