Duke cloaking -enheten består av en grupp koncentriska cirklar. Bild med tillstånd av Dr. David R. Smith Bland de många troperna som finns inom science fiction och fantasy, få är mer populära än cloaking -enheten. I den verkliga världen, forskare har länge ägnat sig åt forskning som åtminstone skulle förbättra kamouflageringstekniken, dölja flygplan från radar eller ytterligare vår kunskap om hur ljus och elektromagnetiska vågor fungerar. Under 2006, en grupp forskare från Duke University demonstrerade en förenklad cloaking -enhet. I oktober 2006, ett forskargrupp från Duke, ledd av Dr David R. Smith, publicerade en studie i tidskriften "Science" som beskriver en förenklad cloaking -enhet. Medan deras enhet bara maskerade ett föremål från en våglängd av mikrovågsljus, den ger mer information som hjälper oss att överväga om en verklig tillslagsanordning är möjlig.
Denna mantelanordning gjordes av en grupp koncentriska cirklar med en cylinder i mitten, där ett föremål kan placeras. När forskare riktade mikrovågsljus mot enheten, vågens delning, flyter runt enheten och återförenas på andra sidan. Dave Schurig, en forskare i Dr Smiths team, jämförde effekten med "flodvatten som rinner runt en slät sten" [Källa:Duke University]. Allt som placeras inuti cylindern är täckt , eller effektivt osynlig för mikrovågsljuset.
Enheten är inte perfekt. Det skapar viss snedvridning och "skuggning av mikrovågorna" [Källa:New York Times]. Det fungerar också för endast en våglängd av mikrovågsljus.
För att uppnå sin manteleffekt, Duke -laget använde en relativt ny klass av material som kallas metamaterial . Metamaterialets egenskaper baseras på deras struktur snarare än deras kemi. För cloaking -enheten, forskare gjorde mosaikliknande konstruktioner av glasfiberplåtar stansade med trådslingor, något liknande ett kretskort. Koppartrådarnas placering bestämmer hur det interagerar med elektromagnetiska fält. Den unika fördelen med metamaterial är att de kan användas för att skapa objekt med elektromagnetiska egenskaper som inte kan hittas i den naturliga världen.
Nyckeln till cloaking -enheten är att dra nytta av ett koncept som kallas Brytningsindex . Ett objekts brytningsindex, eller brytningsindex , bestämmer hur mycket ljus som böjer sig när det passerar genom det. De flesta föremål har ett enhetligt brytningsindex hela tiden, så ljus böjer sig bara när det passerar gränsen in i materialet. Detta inträffar, till exempel, när ljus passerar från luft till vatten.
Om ett materials brytningsindex är större än 1, det får ljuset att böja sig inåt. Här är några brytningsindex för vanliga material:
Metamaterial används för att göra objekt med brytningsindex mellan noll och 1. Duke -teamet använde metamaterial för att få sin tillslutningsanordning att gradvis ha olika brytningsindex - från 1 på utsidan av enheten, minskar till noll i mitten. Resultatet är att mikrovågsljus subtilt böjer sig runt enheten och kan reformera på andra sidan, om än med viss detekterbar snedvridning.
Medan metamaterial och cloaking är spännande teknik, de har många begränsningar. Låt oss gå igenom några av dem på nästa sida.
Duke -mantelanordningen maskerar bara ett föremål från en våglängd av mikrovågsljus. Bild med tillstånd av Dr. David R. Smith Det har funnits en del kontroverser kring några av de vetenskapliga begreppen som är förknippade med metamaterial och kappklädnad. Människor har också ifrågasatt om en osynlighetskappa verkligen är en möjlighet. Många år sedan, vissa forskare hävdade att det var möjligt att göra metamaterial med a negativ Brytningsindex. Initialt, många experter hävdade att ett negativt brytningsindex stred mot fysikens lagar, men de flesta accepterar nu att det är möjligt. Ändå, det hade visat sig svårt att göra negativa brytningsmetamaterial för synligt ljus (Experiment med negativ brytning hade gjorts med metamaterial som påverkar mikrovågsljus.) Men i år kunde forskare vid Tysklands Karlsruhe -universitet och Ames -laboratoriet i Iowa producera metamaterial med ett negativt index brytning för synligt ljus.
Dock, det finns fortfarande mycket arbete att göra innan en arbetskappa utvecklas för mer än en våglängd i det synliga spektrumet, mycket mindre den sort som ses i science-fiction-filmer. Just nu, att göra en enhet som fungerar Allt våglängder för synligt ljus ligger bortom forskares förmåga. De vet inte ännu om det ens är möjligt att dölja flera våglängder samtidigt.
Problemet kommer från koppar som används på metamaterial. Kopparen måste vara mindre än ljusets våglängd som den påverkar. Med mikrovågsugn, det är enkelt, eftersom mikrovågorna som användes hos Duke var något mer än 3 centimeter långa. Den mantelanordningens kopparslingor var cirka 3 millimeter. Men synligt ljus är 400 nanometer till 700 nanometer, tusentals gånger mindre än mikrovågor. Kopparslingor för dessa metamaterial måste vara cirka 40 nanometer till 70 nanometer långa. Sådana metamaterial kan dra nytta av framtida utveckling inom nanoteknik.
Medan Duke -lagets cloaking -enhet tydligt har sina begränsningar, potentialen för tekniken och för metamaterial är enorm. Dr Smith har avskräckt från att göra stora uttalanden om när en mer sofistikerad cloaking -enhet skulle kunna göras, men här är några framtida möjligheter som forskare har föreslagit:
Om en fullständig osynlighet är decennier bort eller helt enkelt omöjlig, en annan möjlighet verkar spännande, och det är inte olikt vad vi har sett i vissa filmer. Det kan vara möjligt i framtiden att skapa någon form av fasande mantelanordning, där varje färg i spektrumet av synligt ljus är dold i en bråkdel av en sekund. Om det uppnås med tillräcklig hastighet, ett föremål verkar troligtvis genomskinligt, fast inte helt osynlig. Tänk på den främmande skurken i "Predator" -filmerna, som knappt är märkbar när han rör sig men annars är i huvudsak osynlig.
Till sist, Det finns en annan faktor som begränsar användningen av en tillslagsapparat som forskare säger att många inte tänker på. Människor inuti ett täckt område skulle inte kunna se ut eftersom allt synligt ljus skulle böja sig runt där de är placerade. De skulle vara osynliga, men de skulle vara blinda för.
För mer information om osynlighetskläder och relaterade ämnen, kolla in länkarna på nästa sida.
Relaterade artiklar om HowStuffWorks
Fler fantastiska länkar
Källor
