Etelka, Aletta
1 °C
5 °C

Megvalósulhat a láthatatlanság?

2007.06.07. 23:07
Öt éven belül megvalósulhat a láthatatlanság – járta be a hír a napokban a sajtót. A szenzáció eredete egy cikk, ami az Optics Letters nevű szaklapban jelent meg májusban. Az írásban az amerikai Duke Egyetem és a londoni Imperial College kutatói számolnak be arról, hogy matematikai modelljük segítségével sikerült bebizonyítaniuk, hogy lehetséges a mikrohullámok számára láthatatlanná tevő anyagot alkotni. A kutatók maguk próbálják higgadtságra inteni a médiát mondván, Harry Potter köpenye még messze van, és olyan kütyünek is örülni kell, amilyen a Ragadozónak volt.
Metaanyagok
Az egyik legfrissebb tudományág a metaanyagok kutatása (maga a kifejezés is csak 1999 óta létezik), amelynek a lényege olyan matériák létrehozása, amelyek szerkezetük révén képesek manipulálni elektromágneses hullámokat, például a fényt. A metaanyagokat igen apró, gyakran nanométeres nagyságrendű alkotóelemekből rakják össze úgy, hogy ezek periodikusan ismétlődjenek. A részecskék méretének kisebbnek kell lennie az elektromágneses hullám hullámhosszánál, így az homogénnek érzékeli a metaanyagot, a struktúra bizonyos részecskéi viszont eltéríthetik a hullámot.

A matematikai modell általánosságban és a számok nyelvén fogalmazta meg azt a kísérletet, amit a Duke Egyetemen végeztek októberben, és amiről akkor be is számoltunk. A kísérletben koncentrikus körökbe rendezett metaanyaggal sikerült eltéríteni a fényt egy tárgyról. Az összetett szerkezetű, üvegszálba zárt fémgyűrűkből és drótokból létrehozott metaanyaggal egy adott hullámhosszúságú fény elől sikerült teljesen eltüntetni egy rézgyűrűt. Az egyetem kutatói, David Schurig és David Smith már akkor is úgy nyilatkoztak, hogy korai még az eredmény felhasználási lehetőségeiről beszélni, a májusi közlemény visszhangjait olvasva viszont úgy látták jónak, hogy az egyetem oldalán reagáljanak arra a sok ostobaságra, amit a sajtó összehordott.

A láthatatlanember-módszer

A tudósok kissé szájbarágósan, de érezhetően élvezettel magyarázzák el, hogy a láthatatlanság miért nem valósítható meg úgy, ahogy azt sci-fikből és képregényekből ismerjük. A fantasztikus irodalomban a témában alapmű H.G. Wellstől A láthatatlan ember, amelynek főhőse egy vegyülettől válik láthatatlanná: a fény egyszerűen áthalad a molekuláin.

Ezt gyakorlatban lehetetlen kivitelezni, nemcsak a feltételezett vegyület megalkotásakor felmerülő ellentmondások miatt, hanem azért is, mert az emberi szervezet bizonyos sejtjei csak úgy tudják ellátni feladatukat, ha rendelkeznek fényelnyelő képességgel. Példának okáért itt van rögtön a látás, amihez a szemlencse fénytörő képessége és a szemben levő speciális fényérzékelő sejtek is szükségesek. Ha ezek láthatatlanok, az annyit jelent, hogy a láthatatlan ember sem lát semmit (talán ezért visel mindig napszemüveget).

A Star Trek-módszer

A kémiai alapú fikciónál több valóságtartalma van annak a metódusnak, amit több sci-fi film is leír: egy szerkezet egyszerűen elgörbíti a fénysugarakat, amelyek kikerülik azt az objektumot, amit láthatatlanná kívánunk tenni. Ha az objektum nem áll a fény útjába, nincs fényvisszaverődés, a láthatatlanság létrejön, és örülhetnek például a Star Trek-filmek romulánjai (házi Star Trek-szakértőnk, Hancu szerint "nem a jó fej gonoszok, hanem a rossz arc gonoszok"), akik ezzel a technikával álcázzák a hajóikat galaktikus fajirtások előtt.

Az elvi alapok rendben vannak. Már Einstein is leírta, hogy - konyhanyelven - a hatalmas tömegű, tehát nagy gravitációjú testek képesek eltéríteni a fényt, és ezt a jelenséget fel is használják több területen, például a sötét anyag kutatásában. A fény elgörbítéséhez azonban tényleg csillagnyi méretű testek kellenek, és van még egy hátulütője ennek a módszernek: a fényt nem igazán lehet irányítani, mivel a gravitációt sem lehet csak úgy ki-be kapcsolni.

A Harry Potter-módszer

Meglepő, de a fikció szüleményei közül a Harry Potterben és több fantasyben is megjelenő láthatatlanná tevő köpeny a leginkább megvalósítható. A Duke Egyetem tudósainak kutatása is ehhez áll a legközelebb: olyan metaanyagot próbálnak konstruálni, ami eltereli a fényt. A lenti kép mutatja a kutatók elképzelését: a belső gömb jelképezi azt az objektumot, amit láthatatlanná kívánunk tenni, a külső és a belső gömb közti tér pedig a metaanyagot. A metaanyag az objektum körül eltereli a fényt, ami körbefolyja az objektumot, valahogy úgy, ahogy a víz egy sziklát.

Az elképzelés szerint amikor a fény metaanyagba ütközik, rezgésre készteti a metaanyag fémrészecskéinek elektronjait, és a rezgések befolyással vannak a fény sebességére. A metaanyag megfelelő gradiensű fémrészei így késztetik arra az adott hullámhosszúságú fényt, hogy megkerülje az anyag által körülvett tárgyat. A kutatók tehát a metaanyag szerkezetének és tulajdonságainak finomítgatásával próbálnak áttörést elérni, és a mostani eredményük csupán a feltételezett, láthatatlanná tevő anyag matematikai leírása. Ezt most még számítógépen tesztelni fogják (a számítógépes grafikában ismert fénytörés-modellezés, a ray tracing segítségével), de ha a tesztek jól sikerülnek, még mindig messze leszünk Harry Potter köpenyétől.

A Ragadozó-módszer

A kutatásnak ugyanis számos korlátja van. A tudósok egyelőre csak mikrohullámok számára tettek láthatatlanná egy gyűrűt, ennél sokkal bonyolultabb lenne egy a látható fényspektrumban működő eszközt készíteni (ennek ugyanis az összes hullámhosszon működnie kellene). Ez többek között azt jelenti, hogy a végső sikerhez új anyagokat kell majd feltalálni.

Az egyetem kutatóival együttműködő brit tudós, a londoni Imperial College fizikusa, a szintén metaanyagokkal kísérletező John Pendry szerint ha tökéletes láthatatlanságban gondolkodunk, akkor le kell mondanunk a köpenyről. Inkább egy vastag pajzsot kell elképzelni, ami megnehezíti az esetleges gyakorlati felhasználást. (Pendry kísérleteit egyébként a láthatatlanság iránt érthető módon érdeklődést tanúsító Darpa, az amerikai hadügyminisztérium kutatóintézete szponzorálta).

A fentiek miatt maguk az elhivatott kutatók sem gondolják azt, hogy a tökéletes láthatatlanság megvalósítható. A Ragadozó (Predator) című filmet idézik, amelyben a címszereplő idegen lénynek olyan álcázó berendezése volt, amely rejtett ugyan, de a kontúrokat nem tüntette el, és kicsit torzította a lény mögött levő környezetet. A kutatók szerint a metaanyagokkal ez a – közel láthatatlan – állapot előidézhető lesz majd, és egyelőre ennél merészebb elképzelésük nincs is.

Az átverős módszer

Végül, hogy igazolják, a láthatatlanság gyakran csak jó rejtőzést jelent, a kutatók idéznek egy másik kutatást, amit egy japán tudós, Szuszumu Taki végzett négy évvel ezelőtt. A tudós a fény bűvölése helyett úgy alkotta meg a láthatatlanná tévő kabátot, hogy az alany mögött látható képet számítógéppel átalakította, és projektorral a kabátra vetítette, azt az illúziót keltve, hogy a kabát viselője átlátszó. Ezt azonban ő maga sem nevezte láthatatlanságnak, csak "optikai kamuflázsnak".

Optikai kamu(flázs)