IRC-Galleria

Esine voidaan häivyttää näkyvistä ohjaamalla sähkömagneettiset säteet kaartamaan sen ympäri. Mikroaaltojen aallonpituuksilla tässä on jo onnistuttu käytännössä, ja lähivuosien tavoitteena on kehittää vastaava menetelmä näkyvän valon alueelle.

Harry Potterin näkymättömyys­viittaa ei toistaiseksi ole olemassa todellisessa maailmassa. Yhdysvaltalaisessa Duken yliopistossa Pohjois-Carolinassa toimiva tutkijaryhmä on kuitenkin jo sen jäljillä. Tutkijat ovat rakentaneet sisäkkäisistä renkaista koostuvan näkymättömyyskilven. Kilpi on uutta meta­materiaalia, joka taittaa säteilyä aivan eri tavalla kuin mitkään luonnossa esiintyvät aineet.
Laitteen ensimmäinen malli ei vielä peitä mitään ihmissilmältä mutta tekee esineestä näkymättömän mikroaaltosätei­lyä rekisteröivälle laitteelle. Sitä voidaan käyttää muun muassa armeijan tarpeisiin pyrittäessä kätkemään lentokone tai panssarivaunu vihollisen tutkasta.

Koska mikroaallot ja näkyvä valo ovat samanlaista sähkö­magneettista säteilyä, niihin voidaan periaatteessa soveltaa samaa tekniikkaa. Näkyvän valon aallon­pituus on kuitenkin paljon lyhyempi, joten sen alueella toimittaessa edessä on vielä paljon teknisiä haasteita. Ihminen näkee esineet siksi, että niihin osuneet valonsäteet heijastuvat niiden pinnasta ihmisen silmiin. Läpinäkyviä kohteita, kuten lasia, on vaikeampaa nähdä, mutta toisaalta ne myös paljastavat kaiken, mitä niiden takana on.

Jotta näkymättömyysviitta toimisi, se ei saisi heijastaa valoa eikä päästää sitä lävitseen. Sen sijaan valonsäteiden pitäisi solahtaa sen ohi kuin veden ja kokoontua sen toisella puolella jatkamaan matkaansa alkuperäiseen suuntaan ikään kuin mitään ei olisi ollut niiden tiellä. Valo ja muut sähkömagneettiset säteet pyrkivät luonnostaan liikkumaan suoraan. Aiemmin mikään aine ei ole kyennyt taivuttamaan säteitä niin, että ne kiertäisivät esineen ja jatkaisivat kulkuaan alkuperäistä väylää pitkin.

Duken yliopiston brittiläis-yhdysvaltalainen tutkijaryhmä on hiljattain onnistunut valmistamaan laboratoriossa metamateriaalia, joka taittaa sähkömagneettista säteilyä toivotulla tavalla. Tätä testattiin asettamalla metamateriaalista tehdyn ­kehyksen sisään metallilieriö, jota valaistiin mikroaaltosäteillä. Toisen laitteen piti mitata heijastuneet säteet. Herkkä mittauslaite ei havainnut sen enempää suojakehystä kuin metalli­esinettäkään. Se johtui kehyksen rakenteesta. Kehys koostuu kymmenestä sisäkkäisestä lasikuiturenkaasta, jotka on osin päällystetty ohuella kuparikerroksella. Kuparin atomit toimivat eräänlaisina peileinä, jotka ohjaavat valon sivuun. Kun niistä muodostetaan tarkoin suunniteltu kuvio, toivottu vaikutus syntyy.

Laskelmat toimivat käytännössä

Monimutkaiset laskelmat kuparin oikeas­ta kuvioinnista laati fyysikko John Pendry Lontoon Imperial Collegesta. Keväällä 2006 hän alkoi työskennellä Duken yliopiston kokeellisten fyysikoiden David Smithin ja David Schurigin kanssa. Yhdessä fyysikot onnistuivat jo saman vuoden syksynä kehittämään metamateriaalin, jossa ohuet lasikuiturenkaat pitävät kupariset pintakuviot täsmälleen oikealla etäisyydellä toisistaan.

Kymmenen lasikuitukerroksen paksuus on yhteensä kolme senttiä, ja ne ovat täysin jäykkiä. Siksi uudesta materiaalista ei voi tehdä höyhenenkeveää tai taipuisaa näkymättömyysviittaa. Sen sijaan siitä valmistettu kilpi toimi jo ensimmäisessä kokeessa tehokkaasti. Valonsäteet tunkeutuivat jonkin matkaa metamateriaaliin, minkä jälkeen ne taipuivat ja kaarsivat sen muotoa
mukaillen lieriön ympäri. Mittauslaite pystyi rekisteröimään lieriöstä ja sitä
ympäröivästä materiaalista vain hyvin himmeän varjon ja heijastuksen.

Varjo aiheutui siitä, että jotkin säteet kaikesta huolimatta absorboituivat mate­riaaliin ja siksi säteily heti lieriön takana oli hieman heikompaa kuin sen edessä.
Teoriassa mikroaalloilla testattua tekniikkaa soveltamalla voidaan saada esineet katoamaan myös näkyvän valon alueella. Käytännössä se on teknisesti haastavaa, sillä lyhyen aallonpituuden vuoksi siinä täytyy käyttää hyväksi nano­tekniikan uusimpia saavutuksia. Jotta sähkömagneettiset säteilyaallot saadaan ohjatuksi haluttuun suuntaan, lasikuiturenkaiden ja kuparikuvioiden välinen etäisyys saa olla vain noin kymmenesosa säteiden aallonpituudesta.

Kun mikroaaltosäteilyn aallonpituus on noin kolme senttiä, se on näkyvällä valolla alle tuhannesosa millimetriä. Sillä alueella toimiva näkymättömyyskilpi pitäisi rakentaa kerroksista, jotka sijaitsevat noin 0,00005 millimetrin etäisyydellä toisistaan. Samaan mittakaavaan pitää sovittaa kuparikuvioiden etäisyydet. Elektroniikkateollisuudessa käytetään jo nyt hyvin pieniä virtapiirejä, mut­ta ne ovat kaksiulotteisia eli litteitä.

Vielä ei ole mahdollista luoda tarvitta­vaa moniulotteista rakennetta. Nanotekniikka kehittyy kuitenkin huimaa vauhtia. Pendry uskoo, että jo viiden vuoden kuluessa keksitään materiaali, joka kätkee esineet ihmissilmältä, jos kehitystyöhön vain saadaan riittävä rahoitus.

Häivetekniikka jää toiseksi

Uudenlainen näkymättömyyskilpi kiinnostaa myös Yhdysvaltojen puolustus­ministeriötä. Se olisi merkittävä edistys­askel verrattuna menetelmään, jota nykyään käytetään kätkemään häive­koneet vastapuolen tutka säteiltä. Häivekoneiden pinnassa on metallihiukkasia, jotka imevät tutkasäteet antennin tavoin niin, että ne eivät heijastuessaan paljastaisi koneen sijaintia. Täysin näkymättömiä koneet eivät silti ole, vaan niitä voi pikemminkin verrata mustaan esineeseen, johon kohdistetaan valoa.

Musta väri ei heijasta valoa takaisin, mutta esine voidaan silti nähdä, koska
se jättää näkökenttään tyhjän kohdan. Samoin häivekone voidaan havaita taivaalta katsomalla tutkan näyttöä hyvin tarkasti. Metamateriaalia käytettäessä vältettäisiin häivekoneiden ongelmat. Siviilipuolella ainetta arvellaan voitavan aluksi käyttää esimerkiksi niin, että se peittää puhelinsignaalien edessä olevat esteet ja ohjaa signaalit niiden ohi.

Lähde: http://www.tieteenkuvalehti.com/polopoly.jsp?d=157&a=3750