Les "casquettes d'invisibilité" sont toujours invisibles

La dernière d'une série de "capes d'invisibilité" est celle née à l'Université de Rochester (1), qui utilise le système optique approprié. Cependant, les sceptiques appellent cela une sorte d'astuce illusionniste ou d'effet spécial, dans lequel un système de lentille intelligent réfracte la lumière et trompe la vision de l'observateur.

Il y a des calculs assez avancés derrière tout cela - les scientifiques doivent l'utiliser pour trouver comment configurer les deux lentilles afin que la lumière soit réfractée de manière à pouvoir cacher l'objet directement derrière elles. Cette solution ne fonctionne pas seulement en regardant directement les lentilles - un angle de 15 degrés ou autre suffit.

1. "Invisibility Cap" de l'Université de Rochester.

Il peut être utilisé dans les voitures pour éliminer les angles morts dans les rétroviseurs ou dans les salles d'opération, permettant aux chirurgiens de voir à travers leurs mains. C'est une autre d'une longue série de révélations sur technologie invisiblequi nous sont parvenus ces dernières années.

En 2012, on avait déjà entendu parler du "Cap of Invisibility" de l'American Duke University. Seuls les plus curieux lisaient alors qu'il s'agissait de l'invisibilité d'un petit cylindre dans un minuscule fragment du spectre des micro-ondes. Un an plus tôt, les responsables de Duke avaient fait état d'une technologie furtive de sonar qui pouvait sembler prometteuse dans certains cercles.

Malheureusement, c'était invisibilité seulement d'un certain point de vue et dans un cadre étroit, ce qui rendait la technologie peu utile. En 2013, les infatigables ingénieurs de Duke ont proposé un dispositif imprimé en 3D qui camouflait un objet placé à l'intérieur avec des micro-trous dans la structure (2). Cependant, encore une fois, cela s'est produit dans une gamme limitée de vagues et seulement d'un certain point de vue.

Les photographies publiées sur Internet semblaient cap prometteuses Société canadienne Hyperstealth, qui en 2012 a été annoncée sous le nom intrigant de Quantum Stealth (3). Malheureusement, des prototypes fonctionnels n'ont jamais été démontrés, ni expliqué comment cela fonctionne. La société cite des problèmes de sécurité comme raison et signale de manière cryptée qu'elle prépare des versions secrètes du produit pour l'armée.

Moniteur avant, caméra arrière

Premier modernecasquette d'invisibilité» Introduit il y a dix ans par l'ingénieur japonais Prof. Susumu Tachi de l'Université de Tokyo. Il a utilisé une caméra placée derrière un homme portant un manteau qui était aussi un moniteur. L'image de la caméra arrière a été projetée dessus. L'homme masqué était "invisible". Une astuce similaire est utilisée par le dispositif de camouflage de véhicule Adaptiv introduit au cours de la décennie précédente par BAE Systems (4).

Il affiche une image infrarouge "de derrière" sur le blindage du char. Une telle machine n'est tout simplement pas vue dans les dispositifs de visée. L'idée de masquer des objets a pris forme en 2006. John Pendry de l'Imperial College de Londres, David Schurig et David Smith de l'Université Duke ont publié la théorie de "l'optique de transformation" dans la revue Science et ont présenté son fonctionnement dans le cas des micro-ondes (longueurs d'onde plus longues que la lumière visible).

2. Une « casquette d'invisibilité » imprimée en trois dimensions.

À l'aide de métamatériaux appropriés, une onde électromagnétique peut être courbée de manière à contourner l'objet environnant et à reprendre sa trajectoire actuelle. Le paramètre caractérisant la réaction optique générale du milieu est l'indice de réfraction, qui détermine combien de fois plus lentement que dans le vide, la lumière se déplace dans ce milieu. Nous la calculons comme la racine du produit de la perméabilité électrique et magnétique relative.

perméabilité électrique relative; détermine combien de fois la force d'interaction électrique dans une substance donnée est inférieure à la force d'interaction dans le vide. Par conséquent, il s'agit d'une mesure de la force avec laquelle les charges électriques d'une substance réagissent à un champ électrique externe. La plupart des substances ont une permittivité positive, ce qui signifie que le champ modifié par la substance a toujours la même signification que le champ externe.

La perméabilité magnétique relative m détermine comment le champ magnétique change dans un espace rempli d'un matériau donné, par rapport au champ magnétique qui existerait dans le vide avec la même source de champ magnétique externe. Pour toutes les substances naturelles, la perméabilité magnétique relative est positive. Pour les milieux transparents tels que le verre ou l'eau, les trois quantités sont positives.

Ensuite, la lumière, passant du vide ou de l'air (les paramètres de l'air ne sont que légèrement différents du vide) dans le milieu, est réfractée selon la loi de réfraction et le rapport du sinus de l'angle d'incidence au sinus de l'angle de réfraction est égal à l'indice de réfraction de ce milieu. La valeur est inférieure à zéro ; et m signifie que les électrons à l'intérieur du milieu se déplacent dans la direction opposée à la force créée par le champ électrique ou magnétique.

C'est exactement ce qui se passe dans les métaux, dans lesquels le gaz d'électrons libres subit ses propres oscillations. Si la fréquence d'une onde électromagnétique ne dépasse pas la fréquence de ces oscillations naturelles d'électrons, alors ces oscillations masquent si efficacement le champ électrique de l'onde qu'elles ne lui permettent pas de pénétrer profondément dans le métal et même de créer un champ dirigé à l'opposé au domaine extérieur.

De ce fait, la permittivité d'un tel matériau est négative. Incapable de pénétrer profondément dans le métal, le rayonnement électromagnétique est réfléchi par la surface du métal et le métal lui-même acquiert un éclat caractéristique. Et si les deux types de permittivité étaient négatifs ? Cette question a été posée en 1967 par le physicien russe Viktor Veselago. Il s'avère que l'indice de réfraction d'un tel milieu est négatif et que la lumière est réfractée d'une manière complètement différente de celle qui découle de la loi de réfraction habituelle.

5. Réfraction négative à la surface d'un métamatériau - visualisation

Ensuite, l'énergie de l'onde électromagnétique est transférée vers l'avant, mais les maxima de l'onde électromagnétique se déplacent dans la direction opposée à la forme de l'impulsion et de l'énergie transférée. De tels matériaux n'existent pas dans la nature (il n'y a pas de substances à perméabilité magnétique négative). Ce n'est que dans la publication de 2006 mentionnée ci-dessus et dans de nombreuses autres publications créées les années suivantes qu'il a été possible de décrire et, par conséquent, de construire des structures artificielles avec un indice de réfraction négatif (5).

Ils sont appelés métamatériaux. Le préfixe grec "meta" signifie "après", c'est-à-dire qu'il s'agit de structures fabriquées à partir de matériaux naturels. Les métamatériaux acquièrent les propriétés dont ils ont besoin en construisant de minuscules circuits électriques qui imitent les propriétés magnétiques ou électriques du matériau. De nombreux métaux ont une perméabilité électrique négative, il suffit donc de laisser de la place aux éléments qui donnent une réponse magnétique négative.

Au lieu d'un métal homogène, un lot de fils métalliques minces disposés sous la forme d'une grille cubique sont attachés à une plaque de matériau isolant. En modifiant le diamètre des fils et la distance entre eux, il est possible d'ajuster les valeurs de fréquence auxquelles la structure aura une perméabilité électrique négative. Pour obtenir une perméabilité magnétique négative dans le cas le plus simple, la conception consiste en deux anneaux brisés constitués d'un bon conducteur (par exemple, or, argent ou cuivre) et séparés par une couche d'un autre matériau.

Un tel système est appelé un résonateur à anneau fendu - en abrégé SRR, de l'anglais. Résonateur à anneau fendu (6). En raison des espaces dans les anneaux et de la distance qui les sépare, il a une certaine capacité, comme un condensateur, et comme les anneaux sont en matériau conducteur, il a également une certaine inductance, c'est-à-dire capacité à générer des courants.

Les changements dans le champ magnétique externe de l'onde électromagnétique provoquent la circulation d'un courant dans les anneaux, et ce courant crée un champ magnétique. Il s'avère qu'avec une conception appropriée, le champ magnétique créé par le système est dirigé à l'opposé du champ extérieur. Il en résulte une perméabilité magnétique négative d'un matériau contenant de tels éléments. En définissant les paramètres du système de métamatériaux, on peut obtenir une réponse magnétique négative dans une gamme assez large de fréquences d'ondes.

méta-bâtiment

Le rêve des concepteurs est de construire un système dans lequel les ondes circuleraient idéalement autour de l'objet (7). En 2008, des scientifiques de l'Université de Californie à Berkeley, pour la première fois dans l'histoire, ont créé des matériaux tridimensionnels qui ont un indice de réfraction négatif pour la lumière visible et proche infrarouge, courbant la lumière dans une direction opposée à sa direction naturelle. Ils ont créé un nouveau métamatériau en combinant de l'argent avec du fluorure de magnésium.

Ensuite, il est découpé en une matrice constituée d'aiguilles miniatures. Le phénomène de réfraction négative a été observé à des longueurs d'onde de 1500 nm (proche infrarouge). Début 2010, Tolga Ergin de l'Institut de technologie de Karlsruhe et ses collègues de l'Imperial College de Londres ont créé invisible rideau de lumière. Les chercheurs ont utilisé des matériaux disponibles sur le marché.

Ils ont utilisé des cristaux photoniques posés sur une surface pour recouvrir une saillie microscopique sur une plaque d'or. Ainsi, le métamatériau a été créé à partir de lentilles spéciales. Les lentilles opposées à la bosse sur la plaque sont disposées de telle manière qu'en déviant une partie des ondes lumineuses, elles éliminent la diffusion de la lumière sur le renflement. En observant la plaque au microscope, en utilisant une lumière d'une longueur d'onde proche de celle de la lumière visible, les scientifiques ont vu une plaque plane.

Plus tard, des chercheurs de l'Université Duke et de l'Imperial College de Londres ont pu obtenir une réflexion négative du rayonnement micro-ondes. Pour obtenir cet effet, les éléments individuels de la structure du métamatériau doivent être inférieurs à la longueur d'onde de la lumière. C'est donc un défi technique qui nécessite la production de très petites structures de métamatériaux qui correspondent à la longueur d'onde de la lumière qu'elles sont censées réfracter.

La lumière visible (violette à rouge) a une longueur d'onde de 380 à 780 nanomètres (un nanomètre est un milliardième de mètre). Des nanotechniciens de l'Université écossaise de St. Andrews sont venus à la rescousse. Ils ont obtenu une seule couche de métamatériau extrêmement dense. Les pages du New Journal of Physics décrivent un métaflexe capable de plier des longueurs d'onde d'environ 620 nanomètres (lumière orange-rouge).

En 2012, un groupe de chercheurs américains de l'Université du Texas à Austin a proposé une astuce complètement différente en utilisant des micro-ondes. Un cylindre d'un diamètre de 18 cm a été recouvert d'un matériau plasma à impédance négative, ce qui permet de manipuler les propriétés. S'il a exactement les propriétés optiques opposées de l'objet caché, il crée une sorte de "négatif".

Ainsi, les deux ondes se superposent et l'objet devient invisible. En conséquence, le matériau peut plier plusieurs gammes de fréquences différentes de l'onde afin qu'elles circulent autour de l'objet, convergeant de l'autre côté de celui-ci, ce qui peut ne pas être perceptible par un observateur extérieur. Les concepts théoriques se multiplient.

Il y a environ une douzaine de mois, Advanced Optical Materials a publié un article sur une étude potentiellement révolutionnaire menée par des scientifiques de l'Université de Floride centrale. Qui sait s'ils n'ont pas réussi à surmonter les restrictions existantes sur "chapeaux invisibles» Construit à partir de métamatériaux. Selon les informations qu'ils ont publiées, la disparition de l'objet dans le domaine de la lumière visible est possible.

7. Manières théoriques de diriger la lumière sur un objet invisible

Debashis Chanda et son équipe décrivent l'utilisation d'un métamatériau à structure tridimensionnelle. Il était possible de l'obtenir grâce au soi-disant. l'impression par nanotransfert (NTP), qui produit des rubans métal-diélectriques. L'indice de réfraction peut être modifié par des méthodes de nano-ingénierie. Le chemin de propagation de la lumière doit être contrôlé dans la structure de surface tridimensionnelle du matériau en utilisant la méthode de résonance électromagnétique.

Les scientifiques sont très prudents dans leurs conclusions, mais d'après la description de leur technologie, il est tout à fait clair que les revêtements d'un tel matériau sont capables de dévier dans une large mesure les ondes électromagnétiques. De plus, la façon dont le nouveau matériel est obtenu permet la production de grandes surfaces, ce qui a fait rêver certains combattants couverts d'un tel camouflage qui leur fournirait invisibilité complète, du radar à la lumière du jour.

Les dispositifs de dissimulation utilisant des métamatériaux ou des techniques optiques n'entraînent pas la disparition effective des objets, mais seulement leur invisibilité aux outils de détection, et bientôt, peut-être, à l'œil. Cependant, il existe déjà des idées plus radicales. Jeng Yi Lee et Ray-Kuang Lee de l'Université nationale Tsing Hua de Taiwan ont proposé un concept théorique de "manteau d'invisibilité" quantique capable de retirer des objets non seulement du champ de vision, mais aussi de la réalité dans son ensemble.

Cela fonctionnera de manière similaire à ce qui a été discuté ci-dessus, mais l'équation de Schrödinger sera utilisée à la place des équations de Maxwell. Le but est d'étirer le champ de probabilité de l'objet pour qu'il soit égal à zéro. Théoriquement, cela est possible à l'échelle microscopique. Cependant, il faudra attendre longtemps pour connaître les possibilités technologiques de fabrication d'une telle couverture. Comme n'importe quel "casquette d'invisibilité« Ce qui peut dire qu'elle nous cachait vraiment quelque chose.