marți, 21 februarie 2012

Omul invizibil, între „Lumea lui Wells” şi cea reală

Foto: www.descopera.ro
Imediat după ce a publicat cartea "Omul invizibil", vizionarul autor H.G. Wells a recunoscut că este imposibil ca ştiinţa să transforme opera sa în realitate.
Un alt autor de opere de ficţiune, Sir Arthur C. Clarke, a enunţat 3 legi ale previziunii, iar prima este următoarea: "Când om de ştiinţă un distins, dar în vârstă, afirmă că ceva este posibil, are aproape sigur dreptate. Când declară că ceva e imposibil, e foarte probabil să greşească".
Legea enunţată de Clarke pare să se dovedească valabilă şi în cazul lui H.G. Wells. Recent, scrie www.descopera.ro, oamenii de ştiinţă au început să aplice acelaşi principiu folosit de Wells în "Omul invizibil" - modificarea indicelui de refracţie - pentru a face obiectele aproape imposibil de văzut.
Refracţia are loc atunci când o rază de lumină trece dintr-un mediu în altul (spre exemplu, din apă în aer), schimbându-şi direcţia de propagare. Gradul devierii razei luminoase depinde de indicele de refracţie, termen ce reprezintă raportul dintre viteza luminii în vid şi viteza luminii în acel mediu. Astfel, indicele de refracţie al apei este de 1,33, ceea ce înseamnă că în vid lumina se deplasează cu o viteză de 1,33 ori mai mare decât în apă.
Fizicianul rus Victor Veselago a publicat în 1967 o lucrare în care a demonstrat matematic că, atunci când permitivitatea electrică şi permeabilitatea magnetică ale unui material sunt simultan negative, indicele de refracţie al acestui material va fi de asemenea negativ - adică lumina ar fi deviată în afara materialului! În natură nu există niciun material care să aibă un indice de refracţie negativ, astfel că lucrarea sa a rămas neobservată mai bine de trei decenii.
Metamaterialele - o nouă promisiune în drumul spre invizibilitate
La finalul mileniului trecut, lucrarea lui Veselago a intrat în atenţia fizicienilor, care au început să o studieze în mod serios. La scurt timp după aceea, în 2002, s-a reuşit crearea a ceea ce părea a fi o idee SF: un metamaterial ("meta" însemnând "dincolo de" în limba greacă) cu un indice de refracţie negativ.
Iniţial, numeroşi cercetători au respins rezultatele obţinute de creatorii metamaterialelor, afirmând că refracţia negativă este o iluzie, că este ceva ce violează legile fizicii - aşadar, ceva imposibil. Cu timpul, însă, existenţa lor a fost acceptată.
Indicele de refracţie negativ permite refractarea luminii în jurul unui obiect acoperit cu un astfel de metamaterial, acesta devenind, practic, invizibil pentru un observator extern. Primele metamateriale cu indice de refracţie negativ puteau refracta doar microundele.
În 2006, cercetătorii de la Universitatea Duke au reuşit pentru prima dată să folosească un metamaterial pentru a camufla un obiect, însă "invizibilitatea" funcţiona doar în cazul microundelor, nu şi în spectrul vizibil (ce poate fi detectat de ochiul uman).
Domeniul a cunoscut o dezvoltare spectaculoasă în ultimii ani, astfel că doar 3 ani mai târziu, în 2009, o echipă de cercetători a anunţat că a reuşit să camufleze un obiect mai aproape de spectrul vizual, în radiaţie infraroşu (adică într-o lungime de undă mai lungă decât cea a luminii vizibile, dar mai scurtă decât cea a microundelor).
Apoi, în 2010, cercetătorii de la Institutul de Tehnologie din Karlsruhe au reuşit să creeze o primă "mantie a invizibilităţii" tridimensională, care funcţiona cu lumină cu lungime de undă foarte aproape de cea vizibilă ochiului uman.
"Mantia invizibilităţii" creată de cercetătorii germani este cu mult mai subţire decât diametrul unui fir de păr uman, astfel că efectul nu este vizibil cu ochiul liber. Crearea unei mantii a invizibilităţii de dimensiunea unui om este dificilă, deoarece metamaterialele care funcţionează la lungimi de undă scurte, vizibile ochiului uman, trebuie confecţionate din elemente de câţiva nanometri. Dr. Tolga Ergin, conducătorul acestui proiect, a explicat că "pentru a concepe această mantie capabilă să camufleze o protuberanţă de 1 micrometru, a fost nevoie de folosirea unui laser timp de 3 ore. În teorie, mantia nu are limite, dar pentru a crea o mantie similară, capabilă să camufleze o suprafaţă de un milimetru, procesul ar dura foarte, foarte mult".
Conceperea metamaterialelor cu indice de refracţie negativ pentru lumina vizibilă ochiului uman este mult mai dificilă, pentru că aceasta are o lungime de undă scurtă, iar materialele trebuie să cuprindă componente de o lungime mai mică decât cea a undei electromagnetice, măsurând astfel doar câţiva nanometri.
Cu toate acestea, în vara anului 2011, o echipă de cercetători finanţată de biroul de cercetare al armatei americane a anunţat că a reuşit, în premieră, să conceapă un metamaterial care camuflează obiectele în spectrul vizibil ochiului uman. Xiang Zhang, conducătorul studiului, a explicat că reuşita echipei coordonate de el este revoluţionară, chiar dacă obiectul camuflat era de dimensiunile unei globule roşii. "Dispozitivul demonstrează o capacitate de a camufla orice obiect, iar spre deosebire de demonstraţiile precedente, care funcţionau doar sub lumină infraroşie, experimentul nostru arată că invizibilitatea poate fi atinsă şi în spectrul vizibil ochiului uman".
Unul dintre cei mai cunoscuţi fizicieni la ora actuală, Michio Kaku, a explicat de ce Pentagonul investeşte foarte mulţi bani în studiul invizibilităţii: "O mantie a invizibilităţii à la Harry Potter este foarte greu de obţinut, dar un cilindru al invizibilităţii în care un soldat să se poată ascunde ar putea deveni o realitate în câteva decenii". Cum ar vedea soldaţii înconjuraţi de respectivul cilindru? Kaku sugerează folosirea a două plăci de sticlă de dimensiuni foarte mici, ce ar permite câtorva raze de lumină să pătrundă în ochiul soldatului, fără a elimina efectul de invizibilitate.
Tentaţia invizibilităţii face ca armata americană să investească tot mai mulţi bani în laboratoarele de cercercetare. Astfel, investiţiile fabuloase în acest domeniu, alături de progresul constant înregistrat în domeniul nano-producţiei promit ca, de-a lungul acestui secol, invizibilitatea să părăsească tărâmul ficţiunii, pentru a deveni realitate.
Material complet pe www.descopera.ro