Er det muligt at lave en tilslagsindretning?

Blandt de mange troper, der findes i science fiction og fantasy, få er mere populære end tilslagsenheden. I den virkelige verden, forskere har længe beskæftiget sig med forskning, der i det mindste ville forbedre camouflageringsteknologi, skjule fly fra radar eller yderligere vores viden om, hvordan lys og elektromagnetiske bølger fungerer. I 2006, en gruppe forskere fra Duke University demonstrerede en forenklet tilslagsindretning. I oktober 2006, et forskerhold fra Duke, ledet af Dr. David R. Smith, publiceret en undersøgelse i tidsskriftet "Science", der beskriver en forenklet tilslagsindretning. Mens deres enhed kun maskerede et objekt fra en bølgelængde af mikrobølge lys, det giver mere information, der hjælper os med at overveje, om en virkelighedstro tilsløringsenhed er mulig.

Denne tilslagsindretning blev fremstillet af en gruppe koncentriske cirkler med en cylinder i midten, hvor et objekt kunne placeres. Når forskere rettede mikrobølge lys mod enheden, bølgen splittede, flyder rundt om enheden og slutter sig igen på den anden side. Dave Schurig, en forsker på Dr. Smiths team, sammenlignede effekten med "flodvand, der flyder rundt om en glat sten" [Kilde:Duke University]. Alt, der er placeret inde i cylinderen, er skjult , eller effektivt usynlig for mikrobølgeovnen.

Enheden er ikke perfekt. Det skaber en vis forvrængning og "skygge af mikrobølgerne" [Kilde:New York Times]. Det fungerer også kun for en bølgelængde af mikrobølge lys.

For at opnå deres tilsløringseffekt, Duke -teamet brugte en relativt ny klasse materialer kaldet metamaterialer . Metamaterialers egenskaber er baseret på deres struktur frem for deres kemi. For tilsløringsenheden, forskere lavede mosaiklignende konstruktioner af glasfiberplader stemplet med trådsløjfer, ligner lidt et kredsløb. Arrangementet af kobbertrådene bestemmer den måde, det interagerer med elektromagnetiske felter. Den unikke fordel ved metamaterialer er, at de kan bruges til at skabe objekter med elektromagnetiske egenskaber, som ikke kan findes i den naturlige verden.

Nøglen til tilslagsenheden er at drage fordel af et koncept kendt som brydningsindeks . Et objekts brydningsindeks, eller brydningsindeks , bestemmer, hvor meget lys der bøjer, når det passerer igennem det. De fleste objekter har et ensartet brydningsindeks, så lyset bøjer kun, når det krydser grænsen til materialet. Dette sker, for eksempel, når lys passerer fra luft til vand.

Hvis et materiales brydningsindeks er større end 1, det får lyset til at bøje indad. Her er nogle brydningsindeks for almindelige materialer:

• Luft - 1.0029
• Is - 1.31
• Vand - 1,33
• Glas - 1,52
• Safir - 1,77
• Diamant - 2.417

Metamaterialer bruges til at lave objekter med brydningsindeks mellem nul og 1. Duke -teamet brugte metamaterialer til at få deres tilslagsindretning til gradvist at have forskellige brydningsindeks - fra 1 på ydersiden af ​​enheden, faldende til nul i midten. Resultatet er, at mikrobølge lyset subtilt bøjer rundt om enheden og er i stand til at reformere på den anden side, omend med en påviselig forvrængning.

Mens metamaterialer og tilsløring er spændende teknologier, de har mange begrænsninger. Lad os gå over nogle af dem på den næste side.

Begrænsninger af metamaterialer og tilsløring

Der har været en del kontroverser omkring nogle af de videnskabelige begreber forbundet med metamaterialer og tilsløring. Folk har også stillet spørgsmålstegn ved, om en usynlighedskappe virkelig er en mulighed. For flere år siden, nogle forskere hævdede, at det var muligt at lave metamaterialer med en negativ brydningsindeks. I første omgang, mange eksperter hævdede, at et negativt brydningsindeks var i modstrid med fysikkens love, men de fleste accepterer nu, at det er muligt. Ikke desto mindre, det havde vist sig svært at lave negative refraktionsmetamaterialer til synligt lys (Eksperimenter med negativ refraktion var blevet udført med metamaterialer, der påvirker mikrobølger.) Men i år kunne forskere ved Tysklands Karlsruhe University og Ames Laboratory i Iowa producere metamaterialer med et negativt indeks af brydning for synligt lys.

Imidlertid, der er stadig meget arbejde, der skal udføres, før en arbejdskappe udvikles til mere end én bølgelængde af det synlige spektrum, langt mindre den slags, der ses i science-fiction-film. I øjeblikket, at lave en enhed, der fungerer på alle bølgelængder af synligt lys ligger ud over forskernes muligheder. De ved heller ikke endnu, om det overhovedet er muligt at skjule flere bølgelængder samtidigt.

Problemet kommer fra kobberet, der bruges på metamaterialer. Kobberet skal være mindre end lysets bølgelængde, det påvirker. Med mikrobølger, det er enkelt, da mikrobølgerne, der blev brugt hos Duke, var lidt mere end 3 centimeter lange. Denne tilslutningsenheds kobbersløjfer var omkring 3 millimeter. Men synligt lys er 400 nanometer til 700 nanometer, tusinder af gange mindre end mikrobølger. Kobbersløjfer til disse metamaterialer skulle være omkring 40 nanometer til 70 nanometer lange. Sådanne metamaterialer kan have gavn af fremtidens udvikling inden for nanoteknologi.

Mens Duke -holdets tilsløringsenhed klart har sine begrænsninger, potentialet for teknologien og for metamaterialer er enormt. Dr. Smith har vendt tilbage fra at komme med store udtalelser om, hvornår en mere sofistikeret tilslagsindretning kunne foretages, men her er nogle fremtidige muligheder, som forskere har foreslået:

• Gør en stor bygning usynlig, så parken på den anden side kan ses
• Forbedring af rækkevidden af ​​trådløse enheder ved at tillade bølger at bøje og flyde omkring obstruerende genstande
• Indhyllede militære køretøjer og forposter
• Fjernelse af skygger og refleksioner (fra et militærfly, for eksempel)
• Lagerenheder med ultrahøj kapacitet
• Linser, der ikke har nogen sløringseffekt, resulterer i ultraskarpe billeder

Hvis en fuld usynlighed er årtier væk eller simpelthen umulig, en anden mulighed virker spændende, og det er ikke ulig det, vi har set i nogle film. Det kan være muligt i fremtiden at oprette en form for faset tilsløringsenhed, hvor hver farve i spektret af synligt lys er tilsluttet i en brøkdel af et sekund. Hvis det opnås med tilstrækkelig hastighed, et objekt ville sandsynligvis virke gennemskinneligt, dog ikke helt usynlig. Tænk på den fremmede skurk i "Predator" -filmene, der næsten ikke kan mærkes, når han bevæger sig, men ellers er i det væsentlige usynlig.

Endelig, der er en anden faktor, der begrænser brugen af ​​en tilslagsenhed, som forskere siger, at mange mennesker ikke overvejer. Folk inde i et tildækket område ville ikke kunne se ud, fordi alt synligt lys ville bøje rundt, hvor de er placeret. De ville være usynlige, men de ville være blinde, også.

For mere information om usynlighedskapper og relaterede emner, tjek venligst linkene på den næste side.

Masser mere information

Relaterede HowStuffWorks -artikler

• Hvordan usynlighedskapper fungerer
• Sådan fungerer lys
• Hvordan Augmented Reality vil fungere
• Hvordan fungerer glød-in-the-dark ting?
• Hvor langt trænger ultraviolet lys ind i kroppen?
• Hvordan virker sort lys?
• Sådan fungerer First-Down Line
• Sådan fungerer 3D-briller

Flere store links

• Forside for professor David R. Smith

Kilder

• Chang, Kenneth. "Flirt med usynlighed." New York Times. 12. juni kl. 2007. http://www.nytimes.com/2007/06/12/science/12invis.html?ex=1182657600&en=278c566bdab95caf&ei=5070
• Glausiusz, Josie. "Sådan bygger du en usynlighedskappe." OPDAG Magasinet. 20. november kl. 2006. http://discovermagazine.com/2006/nov/building-invisibility-cloak
• Smith, David R. "David R. Smiths side om metamaterialer og negativ indeks." Forskningsgruppen til David R. Smith. Duke University. http://www.ee.duke.edu/~drsmith/neg_ref_home.htm
• "Første demonstration af en arbejdende usynlighedskappe." Duke University. 19. oktober kl. 2006. http://www.dukenews.duke.edu/2006/10/cloakdemo.html
• "Refraktionsindeks." HyperPhysics. Georgia State University. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/tables/indrf.html
• "Det elektromagnetiske spektrum." Institut for Fysik og Astronomi. University of Tennessee. http://csep10.phys.utk.edu/astr162/lect/light/spectrum.html
• "Teoretisk blueprint for usynlighedskappe rapporteret." Duke University. 25. maj kl. 2006. http://www.dukenews.duke.edu/2006/05/cloaking.html