We hebben dus een tijd meegemaakt waarin de onzichtbare hoed, een bekend kenmerk van volksverhalen, niet fantastisch lijkt. Met de huidige technologieën kunt u objecten zonder enige magie verbergen, alleen vertrouwend op kennis van de wetten van de fysica.
De geschiedenis van onzichtbare materialen gaat terug tot de periode van de vorming van de Sovjetstaat, toen veel wetenschappelijke projecten werden gelanceerd, soms de meest fantastische. In 1936 schreef de pers over een vliegtuig van transparant plexiglas bedekt met amalgaam. Het zou ontworpen zijn door Robert Bartini, een Italiaanse ingenieur die naar de USSR vluchtte. Er zijn echter geen foto's of tekeningen van dat prachtige vliegtuig bewaard gebleven, dus het geheim van zijn onzichtbaarheid kan als verloren worden beschouwd. Materialen die voor het oog onbereikbaar waren, moesten opnieuw worden uitgevonden.
We zien die objecten die licht reflecteren. Ze verspreiden het onder verschillende hoeken, afhankelijk van kleur, materiaal, positie ten opzichte van de lichtbron. Reflectie wordt opgevangen door het netvlies en doorgegeven aan de hersenen, waar een beeld wordt gevormd. Dienovereenkomstig, als het door het object gereflecteerde licht het netvlies niet bereikt, zullen we het niet zien. Maar hoe kan zo'n technologie in de praktijk worden gebracht?
Tot op heden hebben wetenschappers drie methoden bedacht. Ze stellen bijvoorbeeld voor om het licht rond een object te laten buigen zonder ermee te botsen. Hiervoor moet het ding worden bedekt met een materiaal met een speciale structuur in de vorm van een rooster van insluitingsstenen, waarvan de grootte kleiner is dan een bepaalde golflengte van licht.
Dit is hoe de kunstenaar zich de onzichtbaarheid nanocap / Xiang Zhang-groep, Berkeley Lab / UC Berkeley, voorstelde.
Stel dat het spectrum dat zichtbaar is voor het menselijk oog golflengten beslaat van 400 tot 700 nanometer, dan zouden de insluitsels van het rooster in de orde van grootte van 100-200 nanometer moeten zijn. Het is geen toeval dat ze meta-atomen worden genoemd. Het licht zal om het met meta-atomen bedekte object heen buigen, als een voetgangerskuil op de weg. Een soortgelijk idee werd in 2015 geïmplementeerd door natuurkundigen uit de Verenigde Staten en creëerden een materiaal van silicium met een dikte van slechts 80 nanometer. Met zijn hulp was het mogelijk om een klein deeltje levende cellen te verbergen voor de onderzoeker die het door een microscoop observeerde.
“Je kunt het licht ook zonder vervorming door het materiaal laten gaan. In de natuurkunde wordt een hoeveelheid gebruikt die doorlaatbaarheid wordt genoemd - het toont de verhouding van de stralingsflux die door een stof is gegaan tot de flux die op het oppervlak is gevallen. Licht gaat bijvoorbeeld ongehinderd door een vacuüm, dus de doorlaatbaarheid is eenheid. Maar het metaal weerkaatst alle elektromagnetische golven die erop vallen. Het blijkt dat om het materiaal onzichtbaar te maken, het licht er volledig doorheen moet, zonder verstrooiing, zoals door een vacuüm”, zegt Alexei Basharin, medewerker van het Laboratorium voor Supergeleidende Metamaterialen bij NUST MISIS.
Om dit te doen, bedachten de onderzoekers een combinatie van twee materialen, zodat de golven die erdoor worden weerkaatst elkaar uitdoven en er gewoon doorheen gaan zonder te verstrooiing - deze toestand wordt anapool genoemd. En structuren die ongebruikelijke eigenschappen vertonen vanwege hun architectuur, en niet de kenmerken van hun samenstellende stoffen, worden metamaterialen genoemd.
Promotie video:
De derde methode is gebaseerd op het vermogen van het materiaal om al het licht te absorberen zonder iets te reflecteren. Maar het is niet erg populair, omdat het niet mogelijk zal zijn om het object erachter volledig te verbergen - het zal een schaduw werpen.
“Het moeilijkste is om een materiaal te maken dat transparant is voor een breed scala aan licht. Gelukkig is dit niet nodig, want meestal is de onzichtbaarheidsfunctie vereist voor een specifieke taak. Bijvoorbeeld om ervoor te zorgen dat een bepaalde straling alleen kankercellen vernietigt, en gezonde cellen simpelweg niet opmerkt. Wat betreft onzichtbaarheidsmantels als amusement voor mensen, het is onwaarschijnlijk dat ze binnenkort op de markt zullen komen. Het is voldoende voor natuurkundigen om te bewijzen dat een bepaald metamateriaal werkt, waarvoor een stuk van enkele micrometers nodig is. Het is simpelweg niet interessant en erg duur om enorme “lompen” te produceren, althans voorlopig”, besluit Basharin.
Olga Kolentsova
