Minden ami tudomány/technika rovat

Immáron 4 órája olvasok ezekről megállás nélkül, és azt kell mondjam, kemény téma. Nemcsak a megértésben nehéz, de a lehetőségek spektrumában is elveszik az ember. Ami most következik az science fiction in reality...

A metaanyagok olyan kompozit anyagok, amelyek elektromágneses tulajdonságai eltérnek a természetben tapasztalhatóktól. Magyarul, ilyen tulajdonságú anyagok, amelyeket ebben a században hoztak létre, korábban nem léteztek... Valójában nem csodatételről van szó, hanem a kompozitok olyan egyvelegéről, ami szerencsés módon felrúgja a jobbkézszabályt. Emlékszünk, ez az a szabály, ami megmondja, milyen irányú mágneses teret hoz létre az egyenáram, merre mutat a Lorentz-erő, meg még sok-sok más. Metaanyagokban ez nem így van, itt balkézszabály érvényesül, melynek egyik következménye a negatív törésmutató... Ez a tényező olyannyira jelentős, hogy legtöbben úgy hivatkoznak a metaanyagokra, mint negatív törésmutatójú anyagokra. Bár ezek létezését a fizika nem zárta ki elméletileg, mégis, a természetben nem találtak ilyet, egészen a metaanyag kompozitok ezredfordulós megjelenéséig. Lássunk 3 alkalmazást.

A láthatatlan köpeny

A negatív törésmutató lehetővé teszi olyan struktúra kialakítását, ami képes arra, hogy az elektromágneses hullámokat úgy irányítsuk, hogy azok "kikerüljenek" egy adott térrészt. Mit jelent ez? Ha abba bizonyos térrészbe elhelyezünk egy macskát (mi mást), és körbevesszük olyan metaanyaggal, ami a 300-700nm-es elektromágneses hullámok irányultságát befolyásolja, akkor a macska láthatatlan lesz !! Nézzük meg az ábrát ha vizuálisabban akarjuk ezt elképzelni:

Egy tárgyat akkor látunk ugyebár, ha a fény visszaverődik róla. De ez esetben a fény megkerüli az objektumot, és csak a mögötte lévő dolgokról verődik. Izgalmas gondolat, és a legszebb, hogy megvalósítható! Pontosabban már meg is csinálták, de egyelőre még csak a mikrohullámú tartományban. A lenti videón azt nézhetjük meg a szimuláción, hogy a hullám a tárgyat megkerülve, igen kis torzítással haladt tovább az útján... Ha ugyanezt a látható tartományba helyezzük át gondolatban, azt jelenti hogy kellő távolságból nem tudnánk megmondani a különbséget, már csak agyunk átlagoló funkcionalitása miatt sem.

Sajnos jelen megvalósításban csak kis frekvenciatartományokban működik ez az effektus, de már vannak olyan kísérletek, amelyek többrétegű technológiát alkalmaznak, bár kicsit másképp. Mindenesetre, ami késik nem múlik, várható hogy valamilyen minőségben hamarosan felbukkannak a 3D, 3-700nm tartományt lefedő objektumok, amivel aztán körbevehetjük a kazánt a kert sarkában, hogy ne rontsa a látképet.

Szuperlencsék

Az fénymikroszkópok felbontását nagyban korlátozza az Abbe-elv (pdf), mely szerint a felbontóképességet elméletileg behatárolja a vizsgáló fény hullámhossztartománya. (esetünkben a látható fény). Így fénymikroszkópokkal nem mehettünk ezidáig az elméleti határ alá, ami ~0,2-3mikrométeres felbontás. Ennél kisebb struktúrák vizsgálhatatlanok. Ám a metaanyagok és lencsék hozzáértő professzora szerint negatív törésmutatók esetén ez a határ áttörhető, és a hullámhossz alatti tartományban is használhatunk fénymikroszkópokat. Ehhez mindössze az általa javasolt ún. szuperlencséket kell alkalmaznunk. Elméletét már 2005ben két kutatócsoport igazolta is az UV tartományban, így aztán reménykedhetünk, hogy egy nap akár az asztalunkra is kerül egy példány. Hiszen milyen izgalmas is lenne a nanométeres tartományban real-time szemlélődni odahaza? Gondoljunk csak bele, egy kezdő mikrobiológus csemete igen mélyre nézhetne a saját sejtjeiben...

A golyóálló mellény jövője?

Akinek a fenti jóslatok és eredmények nem volt elég sokkolóak, és ezek után azt hiszi minden elméleti kalandot elvisel, most az is kapaszkodjon meg, ugyanis a fenti eredmények nagy részét felmutató Xiang Zhang kutatócsoport újabb elmélettel rukkolt elő. Ha mostmár természetesnek vesszük, hogy elektromágneses hullámokat ki tudunk téríteni útjukból, és körbevezetni egy tárgy körül, akkor miért ne tehetnénk meg ugyanezt anyaggal is? Teszem azt egy puskagolyóval. Elvégre a puskagolyót is csak az alapvető anyagi részecskék építik fel, melyek a mikrovilágban hullámokként is kezelhetőek. Így ha egy speciális mellény esetén nem abba gondolunk bele, hogy mellény-golyó kölcsönhatás történik, hanem sokmilliárdnyi atomi kölcsönhatás, akkor miért ne alkalmaznák rá a kvantumfizika egyenleteit, és születne meg egy elmebeteg ötlet? A kutatócsoport elméleti vizsgálatai szerint lehetséges egy tárgyat speciális struktúrájú anyagban a fenti fény-analógiára megvezetni. A Pauli-elv ismeretében kicsit nehéz mindezt elhinni, de ha Xiang bácsiék erre jutottak, és a matematika ezt köpte ki, akkor érdemes vele kísérletezni. Mindenesetre az ötlet, miszerint a jövőben ha rálövünk valakire aki ilyen köpenyt visel, azt meg sem érinti a golyó, csupán kikerüli és a hátánál kilép a ruhából.... Őrült ötlet, de elméletileg állítólag lehetséges. Aki nem hisz nekem, olvassa el ezt a fejtegetést, és cáfolja meg. Én nyilván nem vagyok rá képes, és nem is szándékom. (pdf)

Akit még érdekelnek további érdekes képek, az nézhet itt a prof honlapján.

Természetesen a puskagolyós példa elég kemény és mármár utopisztikus látképe a lehetőségnek, de miért ne eresszük el a fantáziánkat egy ilyen őrült elméletben? Azért az elmúlt percekben kialakult bennem a jövő hadviselésének képe. Egyetlen láthatatlan katona masírozik a fene tudja hol, és még ha véletlen ki is szúrják, akkor is hiába lőnek rá...