เป็นไปได้ไหมที่จะสร้างเครื่องปิดบัง?

ในบรรดาเขตร้อนมากมายที่พบในนิยายวิทยาศาสตร์และแฟนตาซี มีเพียงไม่กี่แห่งที่ได้รับความนิยมมากกว่าอุปกรณ์ปิดบัง ในโลกแห่งความเป็นจริง นักวิทยาศาสตร์ได้มีส่วนร่วมในการวิจัยมาอย่างยาวนาน ซึ่งอย่างน้อยก็จะช่วยปรับปรุงเทคโนโลยีการพรางตัว ปกปิดเครื่องบินจากเรดาร์หรือเพิ่มพูนความรู้ของเราว่าแสงและคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทำงานอย่างไร ในปี 2549 กลุ่มนักวิทยาศาสตร์จาก Duke University ได้สาธิตอุปกรณ์ปิดบังแบบง่าย ในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2549 ทีมวิจัยจาก Duke นำโดย Dr. David R. Smith ได้ตีพิมพ์ผลการศึกษาในวารสาร "Science" ที่บรรยายถึงอุปกรณ์ปิดบังแบบง่าย ในขณะที่อุปกรณ์ของพวกเขาปิดบังวัตถุจากคลื่นไมโครเวฟ หนึ่งช่วงคลื่นเท่านั้นมันให้ข้อมูลเพิ่มเติมที่จะช่วยให้เราพิจารณาว่าอุปกรณ์ปิดบังจริงเป็นไปได้หรือไม่

อุปกรณ์ปิดบังนี้ทำมาจากกลุ่มของวงกลมที่มีศูนย์กลางโดยมีรูปทรงกระบอกอยู่ตรงกลางซึ่งสามารถวางวัตถุได้ เมื่อนักวิจัยนำแสงไมโครเวฟมาที่อุปกรณ์ คลื่นจะแยกออก ไหลไปรอบๆ อุปกรณ์และกลับมารวมกันที่อีกด้านหนึ่ง Dave Schurig นักวิจัยในทีมของ Dr. Smith เปรียบเทียบผลกระทบกับ "น้ำในแม่น้ำที่ไหลรอบหินเรียบ" [ที่มา: Duke University ] สิ่งใดก็ตามที่วางอยู่ภายในกระบอกสูบจะถูกปิดบังหรือแสงไมโครเวฟจะมองไม่เห็นอย่างมีประสิทธิภาพ

อุปกรณ์ไม่สมบูรณ์แบบ มันสร้างความบิดเบี้ยวและ "เงาของไมโครเวฟ" [ที่มา: New York Times ] นอกจากนี้ยังใช้งานได้กับแสงไมโครเวฟที่มีความยาวคลื่นเพียงช่วงเดียว

เพื่อให้บรรลุผลการปิดบัง ทีม Duke ใช้วัสดุประเภทใหม่ที่เรียกว่าmetamaterials คุณสมบัติของ metamaterials ขึ้นอยู่กับโครงสร้างมากกว่าคุณสมบัติทางเคมี สำหรับอุปกรณ์ปิดบัง นักวิจัยได้สร้างโครงสร้างคล้ายกระเบื้องโมเสคจากแผ่นไฟเบอร์กลาสที่ประทับตราด้วยห่วงลวด ซึ่งค่อนข้างคล้ายกับแผงวงจร การจัดเรียงของสายทองแดงกำหนดวิธีที่มันโต้ตอบกับสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ข้อได้เปรียบเฉพาะของ metamaterials คือสามารถใช้เพื่อสร้างวัตถุที่มีลักษณะแม่เหล็กไฟฟ้าที่ไม่สามารถพบได้ในโลกธรรมชาติ

กุญแจสำคัญในการปิดบังอุปกรณ์คือการใช้ประโยชน์จากแนวคิดที่เรียกว่าดัชนีการหักเหของแสง ดัชนีการหักเหของแสงของวัตถุ หรือดัชนีการหักเหของแสงกำหนดว่าแสงจะโค้งงอมากเพียงใดเมื่อผ่านเข้าไป วัตถุส่วนใหญ่มีดัชนีการหักเหของแสงสม่ำเสมอตลอด ดังนั้นแสงจะโค้งงอเมื่อข้ามขอบเข้าไปในวัสดุเท่านั้น สิ่งนี้เกิดขึ้น ตัวอย่างเช่น เมื่อแสงผ่านจากอากาศสู่น้ำ .

หากดัชนีหักเหของวัสดุมีค่ามากกว่า 1 จะทำให้แสงโค้งเข้าด้านใน ต่อไปนี้คือดัชนีการหักเหของแสงสำหรับวัสดุทั่วไป:

Metamaterials ใช้เพื่อสร้างวัตถุที่มีดัชนีการหักเหของแสงระหว่างศูนย์ถึง 1 ทีม Duke ใช้ metamaterials เพื่อทำให้อุปกรณ์ปิดบังของพวกเขามีดัชนีการหักเหของแสงที่ค่อยๆ เปลี่ยนแปลง - จาก 1 ที่ด้านนอกของอุปกรณ์ลดลงเหลือศูนย์ตรงกลาง ผลที่ได้คือแสงไมโครเวฟจะโค้งงอไปรอบๆ อุปกรณ์อย่างละเอียดและสามารถเปลี่ยนแปลงได้ในอีกด้านหนึ่ง แม้ว่าจะมีความผิดเพี้ยนที่ตรวจจับได้

แม้ว่า metamaterials และ cloaking เป็นเทคโนโลยีที่น่าตื่นเต้น แต่ก็มีข้อจำกัดมากมาย มาดูบางส่วนกันในหน้าถัดไป

มีการโต้เถียงกันเกี่ยวกับแนวคิดทางวิทยาศาสตร์บางอย่างที่เกี่ยวข้องกับ metamaterials และการปิดบัง ผู้คนยังตั้งคำถามด้วยว่าเสื้อคลุมล่องหนเป็นไปได้หรือไม่ เมื่อหลายปีก่อน นักวิทยาศาสตร์บางคนอ้างว่าเป็นไปได้ที่จะสร้าง metamaterial ด้วยดัชนีหักเหเชิงลบ ในขั้นต้น ผู้เชี่ยวชาญหลายคนอ้างว่าดัชนีการหักเหของแสงเป็นลบขัดต่อกฎแห่งฟิสิกส์ แต่ปัจจุบันส่วนใหญ่ยอมรับว่าเป็นไปได้ ถึงกระนั้นก็ตาม มันก็พิสูจน์แล้วว่าเป็นเรื่องยากที่จะสร้าง metamaterial การหักเหลบสำหรับแสงที่ มองเห็นได้ (การทดลองในการหักเหเชิงลบได้ทำกับ metamaterials ที่ส่งผลต่อไมโครเวฟ) แต่ปีนี้นักวิทยาศาสตร์ที่มหาวิทยาลัย Karlsruhe ของเยอรมนีและห้องปฏิบัติการ Ames ในรัฐไอโอวาสามารถผลิต metamaterials ที่มีดัชนีการหักเหของแสงเป็นลบสำหรับแสงที่มองเห็นได้

อย่างไรก็ตาม ยังมีงานอีกมากที่ต้องทำก่อนที่เสื้อคลุมที่ใช้งานได้จะได้รับการพัฒนาสำหรับความยาวคลื่นของสเปกตรัมที่มองเห็นได้มากกว่าหนึ่งความยาวคลื่น ซึ่งน้อยกว่าแบบที่เห็นในภาพยนตร์นิยายวิทยาศาสตร์มาก ในขณะนี้ การผลิตอุปกรณ์ที่ใช้ได้กับทุกความยาวคลื่นของแสงที่มองเห็นได้นั้นอยู่นอกเหนือความสามารถของนักวิทยาศาสตร์ พวกเขายังไม่ทราบว่าสามารถปิดบังความยาวคลื่นหลายช่วงพร้อมกันได้หรือไม่

ปัญหามาจากทองแดงที่ใช้กับ metamaterial ทองแดงจะต้องน้อยกว่าความยาวคลื่นของแสงที่มันส่งผลกระทบ สำหรับไมโครเวฟ นั่นเป็นเรื่องง่าย เนื่องจากไมโครเวฟที่ใช้กับ Duke นั้นมีความยาวมากกว่า 3 เซนติเมตรเล็กน้อย ห่วงทองแดงของอุปกรณ์ปิดบังนั้นมีขนาดประมาณ 3 มิลลิเมตร แต่แสงที่มองเห็นได้คือ 400 นาโนเมตรถึง 700 นาโนเมตร ซึ่งเล็กกว่าไมโครเวฟหลายพันเท่า ห่วงทองแดงสำหรับ metamaterials เหล่านั้นจะต้องมีความยาวประมาณ 40 นาโนเมตรถึง 70 นาโนเมตร metamaterials ดังกล่าวอาจได้รับประโยชน์จากการพัฒนานาโนเทคโนโลยีในอนาคต

ในขณะที่อุปกรณ์ปิดบังของทีม Duke มีข้อจำกัดอย่างชัดเจน แต่ศักยภาพของเทคโนโลยีและสำหรับ metamaterials กลับมีมากมายมหาศาล ดร. สมิ ธ เลี่ยงที่จะกล่าวคำปราศรัยครั้งยิ่งใหญ่เกี่ยวกับเวลาที่สามารถสร้างอุปกรณ์ปิดบังที่ซับซ้อนกว่านี้ได้ แต่ต่อไปนี้คือความเป็นไปได้ในอนาคตที่นักวิทยาศาสตร์ได้เสนอไว้:

หากการล่องหนอย่างสมบูรณ์หายไปหลายสิบปีหรือเป็นไปไม่ได้เลย ความเป็นไปได้อีกอย่างหนึ่งก็ดูน่าสนใจ และมันก็ไม่ต่างจากที่เราเคยเห็นในภาพยนตร์บางเรื่อง อาจเป็นไปได้ในอนาคตที่จะสร้างอุปกรณ์ปิดบังแบบแบ่งขั้นตอน ซึ่งแต่ละสีของสเปกตรัมของแสงที่มองเห็นได้จะถูกปิดบังไว้เป็นเวลาเสี้ยววินาที หากทำสำเร็จด้วยความเร็วที่เพียงพอ วัตถุอาจดูเหมือนโปร่งแสง แม้ว่าจะมองไม่เห็นก็ตาม ลองนึกถึงตัวร้ายจากต่างดาวในภาพยนตร์เรื่อง "Predator" ที่แทบจะสังเกตไม่เห็นเมื่อเขาเคลื่อนไหว แต่โดยพื้นฐานแล้วจะมองไม่เห็น

สุดท้าย มีอีกปัจจัยหนึ่งที่จำกัดการใช้อุปกรณ์ปิดบังที่นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าหลายคนไม่ได้พิจารณา ผู้คนที่อยู่ในพื้นที่ปิดบังจะไม่สามารถมองเห็นได้ เนื่องจากแสงที่มองเห็นได้ทั้งหมดจะโคจรรอบตำแหน่งที่พวกเขาอยู่ พวกเขาจะมองไม่เห็น แต่ก็ตาบอดเช่นกัน

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับเสื้อคลุมล่องหนและหัวข้อที่เกี่ยวข้อง โปรดดูที่ลิงก์ในหน้าถัดไป

บทความที่เกี่ยวข้อง

ลิงค์ที่ยอดเยี่ยมเพิ่มเติม

แหล่งที่มา