Kviečiame paskaityti:    Matematika - nematomumui
Achieving Transparency with Plasmonic Coatings
Erratum: Achieving Transparency with Plasmonic Coatings

Cpt. Astera's Advisor pastaba: daugelis šiame straipsnelyje aprašomų pasiūlymų teoriniam pagrindimui plačiai naudojami matematiniai metodai.

Hario Poterio magija tampa realybe. Haris Poteris savo paslepiantį apsiaustą naudojo, kad galėtų nepastebimas slankioti Hogwarts mokykloje. Apdangalo, kuris paslėptų daiktus, idėja jau seniai plevena ore. Argi negirdėjote apie 1943 m. Filadelfijos eksperimentą, kurio metu, tariamai, išnyko minininkas ir jo komanda? O išgalvoti tamsieji (pragariškieji, stigijaus) kristalai "Žvaigždžių karuose" užtikrindavo nematomumą. Tačiau dabar yra vilties, kad toji idėja bus įgyvendinta. Nors teoriškai ir įrodyta, kad neįmanoma padaryti visiškai nematomų skaidrių daiktų (žr. A. Nachman ir E. Wolf), tačiau "iš principo, įmanoma sukurti paslepiančius prietaisus", - tvirtina Ulf Leonhard iš Škotijos St. Andreas universiteto atkreipdamas dėmesį į sparčiai didėjantį šioje srityje dirbančių mokslininkų skaičių. "Nepaliekančius net šešėlio", paantrina Cho.

Elektronų savybės sutrukdyti rutuliniams ir cilindriniams objektams skleisti šviesą. Andrea Alu ir Nader Engheta iš Pensilvanijos universiteto teigia, kad "plazmos apvalkalas" gali daiktus padaryti praktiškai nematomus (Physical Review, July 2005). Ir atrodo, kad ji nepažeidžia žinomų fizikos dėsnių. Ir jo principas visiškai skiriasi nuo kitų, analogiško tikslo siekiančių tyrimų, besiremiančių chameleono principais – t.y., siekti, kad objektas susilietų su fonu (pvz., televizijoje naudojamas mėlynas fonas paslepia žmones).

Metamedžiagų panelė; žirnio aukščio

Viena tokių sistemų naudoja šviesos daviklius ir spinduliuoja kopiją vaizdo, kurį užstoja. Panašiu principu Tokijo mokslininkai kuria maskuojančią medžiagą, kuri fono vaizdą projektuoja į šviesą atspindinčius rutuliukus medžiagos paviršiuje. Panašia kryptimi dirba ir Durhamo Duke universiteto tyrinėtojai, vadovaujami David R. Smith. Jų kuriamos metamedžiagos sudarytos iš žiedų, strypelių ir kitokių formų elektrai laidžių medžiagų, sujungtų izoliacinėmis savybėmis pasižyminčiomis medžiagomis, pvz., organiniu stiklu. Kai optiškai skaidrūs elementai nukreipia šviesą viena kryptimi, metamedžiagos – kita. Ir kai elektromagnetinės (EM) bangos stumia objektus, taip, teoriškai, jos turėtų traukti metamedžiagas. O ir Doplerio efektas (dažnio padidėjimas artinantis kūnui) turėtų veikti priešinga kryptimi. Tačiau šias prielaidas dar reikia patikrinti bandymais.

Taip pat galima panaudoti nepaprastai ploną meta ar plazmoninės medžiagos plėvelę, sukuriančią "nematomumo zoną". Bet kas, padėtas netoli šios zonos, dingsta iš akiračio. John B. Pendry iš Londono Imperatoriškojo koledžo tokias plėveles pavadino supelinzėmis. 2000- aisiais jis pasiūlė jas kurti ir neįprastų medžiagų. Mokslininkai Kalifornijoje ir Naujojoje Zelandijoje parodė, kad vos kelių nanometrų storio sidabro plėvelė gali veikti kaip superlinzė. Matematikai Graeme W. Milton iš Jutos ir Nicolae-Alexandru P. Nicorovici iš Sidnio paskaičiavo, kad objekto skleidžiamas atspindėtas spinduliavimas gali išplėsti superlinzės paviršiaus elektromagnetinį lauką. Jis "išsikišęs" laukas gali sąveikauti su vėlesniu objekto spinduliavimu panaikindamas jo elektrinius ir magnetinius laukus. "Jokia šviesa nebus atspindima, tad jūs negalėsite matyti daikto", aiškina Miltonas (Proceedings of the Royal Society of Australia, 2006). Nematomumo zona gali tęstis į abi puses puse "linzės" storio. Tačiau yra ir apribojimų. Efektas veikia tik tada, kai nematomumo zonoje daiktai nejuda. Be to "išnykimas" įvyksta tik vienam dažniui. Gretimuose dažniuose objektas dalinai matomas. Ir pagaliau, objektas turi būti tinkamai apšviečiamas, pvz., lazeriu.

Tą sprendimą J. Pendry, D. Smith ir D. Schurig aprašė "Science" (June 23, 2006). Tame pačiame numeryje savo panašų, tačiau nepriklausomai parengtą sprendimą pasiūlė ir U. Leonhard. EM bangos, keisdamos trajektoriją, pereina metamedžiaginį apvalkalą ir išnyra iš jo ta pačia kryptimi, kuria į jį įėjo. Tad tokio apvalkalo supamas objektas yra tarsi būtų skaidrus. O kadangi reikia, kad EM bangos išsikreiptų vienaip vienoje apvalkalo vietoje ir kitaip kitoje, metamedžiagos savybės turi keistis. Kūrėjai turi sukurti trimatę mozaiką iš daugelio fizikiniu požiūriu skirtingų metamedžiagų. Tačiau, iš principo, taip galima paslėpti bet kokio dydžio ir formos objektus.

Minėtų būdų įgyvendinimui pritaikant matomo spektro dažniams gali tekti sukurti metamedžiagas, kurių šiuo metu dar neegzistuoja. Tam gali prireikti nanotechnologinės trimatės inžinerijos.

O karinėje pramonėje naudojamos "stealth" technologijos remiasi dar kitokiu principu – kuriamos dangos, kurios sugeria ar nukreipia kita kryptimi radarų signalus ar šviesą.

Nauja kryptis - plazmonai

Siūloma naudoti plazmonus – labai nežymius elektroninius sužadinimus kai kurių metalų paviršiuje. Tačiau slepiantis skydas labai priklauso nuo objekto dydžio – ir tik nepaprastai smulkiems kūnams, vos ne mikroskopinio dydžio, galima užtikrinti, kad jie visiškai neskleis matomo spektro šviesos. Žmogų galima paslėpti ilgų bangų diapazone (pvz., mikrobangų), tačiau ne matomame spektre. Erdvėlaivis gali būti nematomas radijo bangų diapazone bei kai kuriems kitiems ilgų bangas naudojantiems radarams.

Objektai matomi, nes atspindi šviesą. Tačiau jei ir sugeria šviesą – ir ta šviesos dalis nėra matoma. Dangus yra žydras, mes atmosfera žydrą spalvą išsklaido labiau nei raudoną.

Plazmoninis apvalkalas rezonuotų su tam tikru šviesos bangos ilgiu, - ir to dažnio banga nebūtų išsklaidoma.

Plazmonų buvimas remiasi keista šviesos savybe, kai ši elgiasi tarsi būtų sudaryta iš dalelių, o kartu – tarsi ji būtų banga. Jie atsiranda, kai elektronai metalo paviršiuje juda ritmiškai. Taip pat jie turi ir kitų nepaprastų savybių.

Dar 1998 m. Thomas Ebbesen vadovaujama grupė Strasbūro Liu Pastero universitete atliko bandymą, apšviesdami aukso foliją su daugybe smulkių skylučių, kurių skersmuo buvo mažesnis nei šviesos bangos ilgis. Ebbesen tikėjosi, kad pro foliją nepraeis jokia šviesa. Tačiau jo nuostabai, daugiau šviesos perėjo kiaurai nei liko skylutėse. Sekęs tyrimas parodė, kad plazmonai, susižadinę labai mažos bangos metalų paviršiuje perima šviesą ir prakiša per skylutes. "Kai fotonų energija ir momentai atitinka plazmonų energiją ir momentus, fotonai sugeriami ir vėl išleidžiami kitoje pusėje" (Photonics Spectra, May 1998). Engheta teigia, kad silicio dalelytes aukse arba sidabre gali padėti panaikinti tam tikrų ilgių infraraudonąjį, matomo spektro bei ultravioletinį spinduliavimą.

Tikrovė prideda "nuo savęs"

Andrea Alu ir Nader Engheta sako, kad objektai, padengti aukso ar sidabro danga su skylutėmis gali tapti nematomi. Tačiau yra nemažai kliūčių. Nėra aišku, kaip net mažas objektas gali tapti nematomu dienos šviesoje, sudarytoje iš įvairių ilgių bangų (kitaip, spalvų). Tad slepiantis "apsiaustas" turi būti sukurtas taip, kad perimtų kiekvieną bangų ilgį.

Tačiau lėktuvai, laivai ir kiti objektai turi sudėtingą struktūrą, sudaryti iš įvairių medžiagų – tad dar neaišku, kaip tą idėją pritaikyti daiktams, kurie nėra tikslios rutulio. Tyrinėtojų paskaičiavimais tik homogeniniai nano-dydžio rutuliukai (tikrai labai labai maži) gali tapti nematomais. Tad, jei ir bus sukurta tokia technologija, ji galės būti pritaikoma praktikoje atspindžius mažinančioms dangoms ar vaizdų pagerinimui mikroskopijoje (valdant nanozondus) po kokių penkerių metų. Ir ar reikia abejoti, kad tokie tyrimai labai domina kariškius? Prisiminkime, kaip romulų laivai vieno mygtuko paspaudimu tapo nematomi "Star Trek'o" "Siaubo pusiausvyros" (Balance of Terror) epizode; o taip pat klingonų laivai bei Federacijos "Nepaklusnusis". Kaip manote, kodėl J. Pendry ir N. Engheta darbus finansuoja DARPA (JAV Gynybos departamento padalinys, išsivystęs iš ARPA, sukūrusio internetą).

Apraiškos literatūroje

Nematomumo tema yra populiari fantastikoje, pasakose ir kompiuteriniuose žaidimuose. Dažnai nematomumą suteikia įvairūs stebuklingi daiktai: žiedai, apsiaustai, kepurės, amuletai ar gėrimai (valgiai). Nematomais padaro ir tam tikri burtažodžiai. Kai kurios mitinės ar fantastinės būtybės (Leprechaun, goblinai ar kinų drakonai) gali tapti nematomomis (kartais todėl, kad nepaprastai sumažėja). Nematomi gali būti vaiduokliai, dievai , dvasios, demonai ir angelai. Hermetiškojo "Aukso aušros" ordino rankraščiuose aprašytas net nematomumą suteikiantis ritualas (žr. I. Regardie). "Artemis Faulas" fėjos tampa nematomomis vibruodamos tankiau, nei gali pagauti žmogaus akis. Įdomi nematomo objekto tebeturinčio spalvą idėja perteikta parodijoje "Nematomas rožinis vienaragis".

Reikia išskirti du galimus atvejus – matomi ar nematomi drabužiai, kuriuos nešioja nematomas žmogus. Dauguma atvejų jie irgi tampa nematomi, tačiau kartais lieka matomi (filmai "Nematomas žmogus", "Nerealieji" (The Incredibles su Violet Parr)). Taip pat reikia pastebėti, kad nematomas žmogus, pagal fizikos dėsnius, pats negalėtų nieko matyti, nes akių tinklainė turi absorbuoti šviesą – tačiau tai ne kliūtis magijai, kuri pati laužo gamtos dėsnius.

Kai kurie pavyzdžiai:

Platono "Respublikoje" valstietis randa mirusio karaliaus (Gyges) kape žiedą, leidžiančiu jam tapti nematomu. Taip jis gali įeiti į rūmus, suvedžioti karalienę ir planuoti karaliaus nužudymą – tai panaudojama įrodymui, kad tokios galios gali visiškai sugadinti žmogų.

Persėjas turėjo šalmą, kurio dėka galėjo tapti nematomu ir nužudyti Medūzą.

Nykštukas Alberich davė stebuklingą apsiaustą Sigurd'ui. Taip ir "Dvylikoje šokančių princesių" senas kareivis galėjo sekti princeses apsisiautęs nematomu apsiaustu. Jį naudojo ir "Aukso kalno karaliaus" herojus, kad, nepastebėtas žmonos, grįžtų namo.

J. Tolkieno "Žiedų valdove" vienas žiedų galėjo padaryti jo savininką nematomu.

"Keliautojo kosmostopu vadovas po galaktiką" (The Hitchhiker's Guide to the Galaxy, pagal Douglas Adams romanus) humoristinis "Kažkieno kito problemos" laukas priversdavo žmones galvoti, kad koks nors objektas yra "kito problema" ir taip tasai tapdavo nematomu.

Filmai "Grobuonis", "Tuščias žmogus" (2000) ; animaciniai serialai "Anapus Betmano" ir "Plieninis Maksas", japonų "Vaiduoklis kriauklėje" (1995, 2002), komiksai "Nematoma moteris", "Daktaras keistuolis" (Doctor Strange).

Ne sont que iij matieres a nul homme atandant,
De France et de Bretaigne, et de Rome grand.

(Be trijų literatūros ciklų nė vienas nuošaly:
Prancūzijos, Britanijos ir Romos didžiosios) 

Parengė Cpt.Astera's Advisor

Atsiliepimus ir pastabas galite palikti pagrindinio san-taka station puslapio gale.

Maloniai pasitiksime žinias apie bet kokius Jūsų pastebėtus sunkiai paaiškinamus reiškinius. Juos prašome siųsti el.paštu: san-taka@lithuanian.net arba pateikti šiame puslapyje.

UFO sightings and other phenomenas in/under Lithuanian sky. Please inform us about everything you noticed and find unexplainable in the night sky or even during your night dreams, or in the other fields of life. Review of our site in English