"قبعات الاختفاء" لا تزال غير مرئية
الأحدث في سلسلة "عباءات الخفاء" هي تلك التي ولدت في جامعة روتشستر (1)، والتي تستخدم النظام البصري المناسب. ومع ذلك، يسميها المتشككون نوعًا من الخدعة الوهمية أو التأثير الخاص، حيث يقوم نظام عدسة ذكي بكسر الضوء وخداع رؤية المراقب.
هناك بعض الرياضيات المتقدمة جدًا وراء كل ذلك، يحتاج العلماء إلى استخدامها للعثور على كيفية إعداد العدستين بحيث ينكسر الضوء بطريقة تمكنهم من إخفاء الجسم خلفهم مباشرة. لا يعمل هذا الحل فقط عند النظر مباشرة إلى العدسات - فزاوية 15 درجة أو أخرى كافية.
1. "قبعة الخفاء" من جامعة روتشستر.
ويمكن استخدامه في السيارات لإزالة البقع العمياء في المرايا أو في غرف العمليات، مما يسمح للجراحين بالرؤية من خلال أيديهم. وهذا آخر في سلسلة طويلة من الاكتشافات حول تكنولوجيا غير مرئيةالتي وصلت إلينا في السنوات الأخيرة.
في عام 2012، سمعنا بالفعل عن "قبعة الخفاء" من جامعة ديوك الأمريكية. فقط الأكثر فضولًا قرأ أن الأمر كان يتعلق بعدم رؤية أسطوانة صغيرة في جزء صغير من طيف الموجات الميكروية. وقبل ذلك بعام، أفاد مسؤولون في جامعة ديوك عن تكنولوجيا التخفي بالسونار التي قد تبدو واعدة في بعض الدوائر.
لسوء الحظ، كان الخفاء فقط من وجهة نظر معينة وفي نطاق ضيق، مما جعل التكنولوجيا قليلة الفائدة. في عام 2013، اقترح المهندسون الدؤوبون في جامعة ديوك جهازًا مطبوعًا ثلاثي الأبعاد يقوم بتمويه جسم موضوع بداخله بفتحات دقيقة في الهيكل (3). ومع ذلك، مرة أخرى، حدث هذا في نطاق محدود من الموجات ومن وجهة نظر معينة فقط.
في الصور المنشورة على الإنترنت، بدا رأس الشركة الكندية Hyperstealth واعدة، والتي تم الإعلان عنها في عام 2012 تحت الاسم المثير للاهتمام Quantum Stealth (3). لسوء الحظ، لم يتم عرض النماذج الأولية للعمل مطلقًا، ولم يتم شرح كيفية عملها. تشير الشركة إلى مشكلات أمنية كسبب، وتفيد بشكل غامض بأنها تقوم بإعداد إصدارات سرية من المنتج للجيش.
شاشة أمامية، كاميرا خلفية
الحديث الأولقبعة الخفي» تم تقديمه منذ عشر سنوات بواسطة المهندس الياباني البروفيسور. سوسومو تاتشي من جامعة طوكيو. استخدم كاميرا موضوعة خلف رجل يرتدي معطفًا كان بمثابة شاشة أيضًا. تم عرض الصورة من الكاميرا الخلفية عليها. كان الرجل ذو العباءة "غير مرئي". يتم استخدام خدعة مماثلة بواسطة جهاز تمويه المركبات Adaptiv الذي قدمته شركة BAE Systems في العقد الماضي (4).
ويعرض صورة بالأشعة تحت الحمراء "من الخلف" على درع الدبابة. ببساطة لا يمكن رؤية مثل هذه الآلة في أجهزة الرؤية. تبلورت فكرة إخفاء الأشياء في عام 2006. نشر جون بندري من إمبريال كوليدج لندن وديفيد شوريج وديفيد سميث من جامعة ديوك نظرية "البصريات المتحولة" في العلوم وعرضوا كيفية عملها في حالة الموجات الدقيقة (أطوال موجية أطول من الضوء المرئي).
2. "قبعة الاختفاء" مطبوعة بثلاثة أبعاد.
وبمساعدة المواد الاصطناعية المناسبة، يمكن ثني الموجة الكهرومغناطيسية بطريقة تتجاوز الجسم المحيط وتعود إلى مسارها الحالي. المعلمة التي تميز التفاعل البصري العام للوسط هي مؤشر الانكسار، الذي يحدد عدد المرات التي يتحرك فيها الضوء في هذه الوسيلة أبطأ من الفراغ. نحسبه كجذر منتج النفاذية الكهربائية والمغناطيسية النسبية.
النفاذية الكهربائية النسبية يحدد عدد المرات التي تكون فيها قوة التفاعل الكهربي في مادة معينة أقل من قوة التفاعل في الفراغ. ولذلك، فهو مقياس لمدى قوة استجابة الشحنات الكهربائية داخل المادة للمجال الكهربائي الخارجي. تمتلك معظم المواد سماحية موجبة، مما يعني أن المجال الذي تتغيره المادة لا يزال له نفس معنى المجال الخارجي.
تحدد النفاذية المغناطيسية النسبية m كيفية تغير المجال المغناطيسي في الفضاء المملوء بمادة معينة، مقارنة بالمجال المغناطيسي الذي قد يوجد في الفراغ مع نفس مصدر المجال المغناطيسي الخارجي. بالنسبة لجميع المواد الطبيعية، تكون النفاذية المغناطيسية النسبية إيجابية. بالنسبة للوسائط الشفافة مثل الزجاج أو الماء، تكون الكميات الثلاث جميعها موجبة.
ثم ينكسر الضوء، الذي يمر من الفراغ أو الهواء (معلمات الهواء تختلف قليلاً عن الفراغ) إلى الوسط، وفقًا لقانون الانكسار وتكون نسبة جيب زاوية السقوط إلى جيب زاوية الانكسار هي يساوي معامل الانكسار لهذا الوسط. القيمة أقل من الصفر؛ و m تعني أن الإلكترونات الموجودة داخل الوسط تتحرك في الاتجاه المعاكس للقوة الناتجة عن المجال الكهربائي أو المغناطيسي.
وهذا بالضبط ما يحدث في المعادن، حيث يخضع غاز الإلكترون الحر لتذبذباته الخاصة. إذا كان تردد الموجة الكهرومغناطيسية لا يتجاوز تردد هذه التذبذبات الطبيعية للإلكترونات، فإن هذه التذبذبات تحجب المجال الكهربائي للموجة بشكل فعال بحيث لا تسمح لها بالاختراق عميقًا في المعدن بل وتخلق مجالًا موجهًا بشكل معاكس. إلى المجال الخارجي.
ونتيجة لذلك، فإن السماحية لمثل هذه المواد سلبية. غير قادر على اختراق المعدن بعمق، ينعكس الإشعاع الكهرومغناطيسي من سطح المعدن، ويكتسب المعدن نفسه بريقًا مميزًا. ماذا لو كان كلا النوعين من السماحية سلبيين؟ تم طرح هذا السؤال في عام 1967 من قبل الفيزيائي الروسي فيكتور فيسيلاغو. اتضح أن معامل الانكسار لمثل هذه الوسيلة سلبي وأن الضوء ينكسر بطريقة مختلفة تمامًا عما يتبع من قانون الانكسار المعتاد.
5. الانكسار السلبي على سطح المادة الخارقة - التصور
ومن ثم تنتقل طاقة الموجة الكهرومغناطيسية إلى الأمام، ولكن الحد الأقصى للموجة الكهرومغناطيسية يتحرك في الاتجاه المعاكس لشكل الدفعة والطاقة المنقولة. مثل هذه المواد غير موجودة في الطبيعة (لا توجد مواد ذات نفاذية مغناطيسية سلبية). فقط في منشور عام 2006 المذكور أعلاه وفي العديد من المنشورات الأخرى التي تم إنشاؤها في السنوات اللاحقة، كان من الممكن وصف، وبالتالي، بناء هياكل اصطناعية ذات معامل انكسار سلبي (5).
يطلق عليهم المواد الفوقية. البادئة اليونانية "ميتا" تعني "بعد"، أي أنها هياكل مصنوعة من مواد طبيعية. تكتسب المواد الخارقة الخصائص التي تحتاجها من خلال بناء دوائر كهربائية صغيرة تحاكي الخصائص المغناطيسية أو الكهربائية للمادة. العديد من المعادن لها نفاذية كهربائية سلبية، لذلك يكفي ترك مجال للعناصر التي تعطي استجابة مغناطيسية سلبية.
فبدلاً من المعدن المتجانس، يتم ربط الكثير من الأسلاك المعدنية الرفيعة المرتبة على شكل شبكة مكعبة بلوحة من المادة العازلة. من خلال تغيير قطر الأسلاك والمسافة بينها، من الممكن ضبط قيم التردد التي سيكون للهيكل فيها نفاذية كهربائية سلبية. وللحصول على نفاذية مغناطيسية سلبية في أبسط الحالات، يتكون التصميم من حلقتين مكسورتين مصنوعتين من موصل جيد (مثل الذهب أو الفضة أو النحاس) ويفصل بينهما طبقة من مادة أخرى.
يُطلق على هذا النظام اسم مرنان الحلقة المنقسمة - ويُختصر بـ SRR، من اللغة الإنجليزية. مرنان ذو حلقة مقسمة (6). ونظرًا للفجوات الموجودة في الحلقات والمسافة بينها، فهي تتمتع بسعة معينة، مثل المكثف، وبما أن الحلقات مصنوعة من مادة موصلة، فهي أيضًا تتمتع بمحاثة معينة، أي. القدرة على توليد التيارات.
التغيرات في المجال المغناطيسي الخارجي من الموجة الكهرومغناطيسية تسبب تدفق تيار في الحلقات، وهذا التيار يخلق مجال مغناطيسي. اتضح أنه مع التصميم المناسب، يتم توجيه المجال المغناطيسي الناتج عن النظام عكس المجال الخارجي. وينتج عن هذا نفاذية مغناطيسية سلبية للمادة التي تحتوي على هذه العناصر. من خلال تحديد معلمات نظام المواد الاصطناعية، يمكن الحصول على استجابة مغناطيسية سلبية في نطاق واسع إلى حد ما من ترددات الموجات.
ميتا - بناء
حلم المصممين هو بناء نظام تتدفق فيه الموجات بشكل مثالي حول الجسم (7). وفي عام 2008، ابتكر العلماء في جامعة كاليفورنيا، بيركلي، ولأول مرة في التاريخ، مواد ثلاثية الأبعاد لها معامل انكسار سلبي للضوء المرئي والقريب من الأشعة تحت الحمراء، مما يؤدي إلى انحناء الضوء في اتجاه معاكس لاتجاهه الطبيعي. لقد ابتكروا مادة خارقة جديدة من خلال الجمع بين الفضة وفلوريد المغنيسيوم.
ثم يتم تقطيعها إلى مصفوفة تتكون من إبر مصغرة. وقد لوحظت ظاهرة الانكسار السلبي عند الأطوال الموجية 1500 نانومتر (بالقرب من الأشعة تحت الحمراء). في أوائل عام 2010، أنشأ تولجا إرجين من معهد كارلسروه للتكنولوجيا وزملاؤه في إمبريال كوليدج لندن خفي ستارة خفيفة. واستخدم الباحثون المواد المتوفرة في السوق.
واستخدموا بلورات ضوئية موضوعة على سطح ما لتغطية نتوء مجهري على صفيحة ذهبية. لذلك تم إنشاء المادة الخارقة من عدسات خاصة. توجد العدسات المقابلة للحدبة على اللوحة بطريقة تجعلها، من خلال انحراف جزء من موجات الضوء، تقضي على تشتت الضوء على الانتفاخ. ومن خلال مراقبة الصفيحة تحت المجهر، باستخدام ضوء بطول موجي قريب من طول موجة الضوء المرئي، رأى العلماء صفيحة مسطحة.
وفي وقت لاحق، تمكن باحثون من جامعة ديوك وكلية إمبريال كوليدج في لندن من الحصول على انعكاس سلبي لإشعاع الميكروويف. للحصول على هذا التأثير، يجب أن تكون العناصر الفردية لبنية المادة الخارقة أقل من الطول الموجي للضوء. لذا، فهو تحدٍ تقني يتطلب إنتاج هياكل من مواد خارقة صغيرة جدًا تتوافق مع الطول الموجي للضوء الذي من المفترض أن تنكسر.
الضوء المرئي (البنفسجي إلى الأحمر) له طول موجي يتراوح بين 380 إلى 780 نانومتر (النانومتر هو جزء من مليار من المتر). جاء للإنقاذ علماء تكنولوجيا النانو من جامعة سانت أندروز الاسكتلندية. لقد حصلوا على طبقة واحدة من المواد الاصطناعية ذات الكثافة العالية. تصف صفحات المجلة الجديدة للفيزياء metaflex قادرة على ثني أطوال موجية تبلغ حوالي 620 نانومتر (الضوء البرتقالي والأحمر).
في عام 2012، توصلت مجموعة من الباحثين الأمريكيين في جامعة تكساس في أوستن إلى حيلة مختلفة تمامًا باستخدام أفران الميكروويف. تم طلاء أسطوانة قطرها 18 سم بمادة بلازما ذات مقاومة سلبية، مما يسمح بمعالجة الخصائص. إذا كان لديه الخصائص البصرية المعاكسة تمامًا للكائن المخفي، فإنه يخلق نوعًا من "السلبية".
وهكذا تتداخل الموجتان ويصبح الجسم غير مرئي. ونتيجة لذلك، يمكن للمادة أن تنحني عدة نطاقات ترددية مختلفة للموجة بحيث تتدفق حول الجسم، وتتقارب على الجانب الآخر منه، وهو ما قد لا يكون ملحوظًا لمراقب خارجي. المفاهيم النظرية تتضاعف.
منذ حوالي اثني عشر شهرًا، نشرت شركة Advanced Optical Materials مقالًا عن دراسة رائدة محتملة أجراها علماء في جامعة سنترال فلوريدا. ومن يدري ما إذا كانوا قد فشلوا في التغلب على القيود الحالية على "القبعات غير المرئية» مبنية من مواد خارقة. وبحسب المعلومات التي نشروها، فإن اختفاء الجسم في نطاق الضوء المرئي أمر ممكن.
7. الطرق النظرية لثني الضوء على جسم غير مرئي
يصف ديباشيس تشاندا وفريقه استخدام مادة خارقة ذات هيكل ثلاثي الأبعاد. كان من الممكن الحصول عليها بفضل ما يسمى ب. طباعة nanotransfer (NTP) ، والتي تنتج أشرطة معدنية عازلة للكهرباء. يمكن تغيير معامل الانكسار بواسطة طرق الهندسة النانوية. يجب التحكم في مسار انتشار الضوء في البنية السطحية ثلاثية الأبعاد للمادة باستخدام طريقة الرنين الكهرومغناطيسي.
العلماء حذرون للغاية في استنتاجاتهم، ولكن من وصف تقنيتهم، من الواضح تمامًا أن الطلاءات المصنوعة من هذه المواد قادرة على تشتيت الموجات الكهرومغناطيسية إلى حد كبير. بالإضافة إلى ذلك، فإن طريقة الحصول على المادة الجديدة تسمح بإنتاج مساحات كبيرة، مما دفع البعض إلى الحلم بمقاتلين يرتدون مثل هذا التمويه الذي يوفر لهم الخفاء كاملة، من الرادار إلى ضوء النهار.
أجهزة الإخفاء التي تستخدم مواد خارقة أو تقنيات بصرية لا تتسبب في الاختفاء الفعلي للأشياء، بل فقط إخفائها عن أدوات الكشف، وربما قريبا، عن العين. ومع ذلك، هناك بالفعل أفكار أكثر راديكالية. اقترح جينغ يي لي وراي كوانغ لي من جامعة تسينغ هوا الوطنية في تايوان مفهومًا نظريًا لـ "غطاء الاختفاء" الكمي الذي يمكنه إزالة الأشياء ليس فقط من مجال الرؤية، ولكن أيضًا من الواقع ككل.
سيعمل هذا بشكل مشابه لما تمت مناقشته أعلاه، ولكن سيتم استخدام معادلة شرودنغر بدلاً من معادلات ماكسويل. النقطة المهمة هي تمديد حقل احتمالية الكائن بحيث يساوي الصفر. من الناحية النظرية، وهذا ممكن على المستوى المجهري. ومع ذلك، فإن انتظار الإمكانيات التكنولوجية لتصنيع مثل هذا الغطاء سوف يستغرق وقتا طويلا. مثل أي "قبعة الخفي"ويمكن القول إنها كانت تخفي شيئًا ما عن وجهة نظرنا.
