"투명 모자"는 여전히 보이지 않습니다.

"투명 망토" 시리즈의 최신 제품은 적절한 광학 시스템을 사용하는 로체스터 대학(1)에서 탄생한 것입니다. 그러나 회의론자들은 영리한 렌즈 시스템이 빛을 굴절시켜 관찰자의 시야를 속이는 일종의 착시적 트릭이나 특수 효과라고 부릅니다.

이 모든 것 뒤에는 상당히 진보된 수학이 있습니다. 과학자들은 두 렌즈를 설정하는 방법을 찾기 위해 그것을 사용하여 빛이 굴절되어 물체를 바로 뒤에 숨길 수 있도록 해야 합니다. 이 솔루션은 렌즈를 직접 볼 때만 작동하는 것이 아니라 15도 정도의 각도이면 충분합니다.

1. 로체스터 대학의 "보이지 않는 모자".

자동차에서 거울이나 수술실의 맹점을 제거하여 외과 의사가 손을 통해 볼 수 있도록 하는 데 사용할 수 있습니다. 이것은 폭로에 대한 긴 일련의 폭로 중 또 다른 것입니다. 보이지 않는 기술최근 몇 년 동안 우리에게 왔습니다.

2012년에 우리는 이미 미국 듀크 대학교에서 "투명 모자"에 대해 들었습니다. 마이크로파 스펙트럼의 작은 조각에서 작은 실린더의 보이지 않는 것에 관한 것이 가장 호기심 많은 읽기였습니다. XNUMX년 전 듀크 관계자는 일부 집단에서 유망해 보일 수 있는 소나 스텔스 기술에 대해 보고했습니다.

불행하게도, 그것은 비가시성 특정 관점과 좁은 범위에서만 기술을 거의 사용하지 않았습니다. 2013년 듀크의 지칠 줄 모르는 엔지니어들은 구조물 내부에 미세 구멍이 있는 물체를 위장하는 3D 인쇄 장치를 제안했습니다(2). 그러나 다시 말하지만 이것은 제한된 범위의 파도와 특정 관점에서만 발생했습니다.

인터넷에 게시 된 사진에서 캐나다 회사 Hyperstealth의 망토는 유망 해 보였으며 2012 년에 흥미로운 이름 Quantum Stealth (3)로 광고되었습니다. 불행히도 작동하는 프로토타입은 시연된 적이 없으며 작동 방식에 대한 설명도 없습니다. 회사는 보안 문제를 이유로 들며 군용 제품의 비밀 버전을 준비하고 있다고 비밀리에 보고합니다.

전면 모니터, 후면 카메라

최초의 현대투명 모자» 4년 전 일본 엔지니어인 Prof. 도쿄 대학의 Susumu Tachi. 그는 모니터이기도 한 코트를 입은 남자 뒤에 위치한 카메라를 사용했습니다. 후면 카메라의 이미지가 투사되었습니다. 망토를 입은 남자는 "보이지 않는다". BAE Systems(XNUMX)가 지난 XNUMX년 동안 도입한 Adaptiv 차량 위장 장치에서도 유사한 트릭이 사용됩니다.

탱크 장갑에 "뒤에서" 적외선 이미지를 표시합니다. 이러한 기계는 단순히 조준 장치에서 볼 수 없습니다. 개체를 마스킹한다는 아이디어는 2006년에 구체화되었습니다. Imperial College London의 John Pendry, Duke University의 David Schurig 및 David Smith는 사이언스 저널에 "변형 광학" 이론을 발표하고 마이크로파(가시광선보다 긴 파장)의 경우 작동 방식을 발표했습니다.

2. XNUMX차원으로 인쇄된 "보이지 않는 모자".

적절한 메타물질의 도움으로 전자기파는 주변 물체를 우회하여 현재 경로로 되돌아가는 방식으로 휘어질 수 있습니다. 매질의 일반적인 광학 반응을 특징짓는 매개변수는 굴절률로, 이 매질에서 빛이 진공에서보다 몇 배 더 느리게 움직이는지를 결정합니다. 상대 전기 투자율과 자기 투자율의 곱의 근으로 계산합니다.

상대 전기 투자율; 주어진 물질의 전기적 상호 작용력이 진공에서의 상호 작용력보다 몇 배나 작은지를 결정합니다. 따라서 물질 내부의 전하가 외부 전기장에 얼마나 강하게 반응하는지를 측정한 것입니다. 대부분의 물질은 양의 유전율을 가지고 있는데, 이는 물질에 의해 변경된 필드가 여전히 외부 필드와 동일한 의미를 갖는다는 것을 의미합니다.

상대 자기 투자율 m은 동일한 외부 자기장 소스가 있는 진공에 존재할 자기장과 비교하여 주어진 물질로 채워진 공간에서 자기장이 어떻게 변하는지를 결정합니다. 자연적으로 발생하는 모든 물질에 대해 상대 투자율은 양수입니다. 유리나 물과 같은 투명한 매체의 경우 세 값 모두 양수입니다.

그런 다음 진공 또는 공기(공기 매개변수는 진공과 약간 다름)에서 매질로 통과하는 빛은 굴절 법칙에 따라 굴절되며 굴절각의 사인에 대한 입사각의 사인 비율은 다음과 같습니다. 이 매질의 굴절률과 같습니다. 값이 XNUMX보다 작습니다. m은 매질 내부의 전자가 전기장이나 자기장에 의해 생성된 힘과 반대 방향으로 움직이는 것을 의미합니다.

이것은 자유 전자 가스가 자체적으로 진동하는 금속에서 일어나는 일입니다. 전자기파의 주파수가 이러한 전자의 자연 진동 주파수를 초과하지 않으면 이러한 진동은 전자파의 전기장을 효과적으로 차단하여 전자파가 금속 깊숙이 침투하는 것을 허용하지 않으며 반대 방향의 필드를 생성하지도 않습니다. 외부 필드로.

결과적으로 그러한 물질의 유전율은 음수입니다. 금속 깊숙이 침투할 수 없기 때문에 금속 표면에서 전자기 복사가 반사되어 금속 자체가 독특한 광택을 얻습니다. 두 유형의 유전율이 모두 음수이면 어떻게 됩니까? 이 질문은 1967년 러시아 물리학자 Viktor Veselago에 의해 제기되었습니다. 그러한 매질의 굴절률은 음수이고 빛은 일반적인 굴절 법칙에서 따르는 것과 완전히 다른 방식으로 굴절된다는 것이 밝혀졌습니다.

5. 메타물질 표면의 음의 굴절 - 시각화

그러면 전자기파의 에너지는 앞으로 전달되지만 전자기파의 최대치는 임펄스의 형태와 전달되는 에너지의 반대 방향으로 움직인다. 이러한 물질은 자연계에 존재하지 않습니다(음의 투자율을 갖는 물질은 없습니다). 위에서 언급한 2006년 간행물과 그 이후에 만들어진 다른 많은 간행물에서만 음의 굴절률(5)을 가진 인공 구조를 설명하고 구축할 수 있었습니다.

메타물질이라고 합니다. 그리스어 접두사 "메타"는 "이후"를 의미합니다. 즉, 이들은 천연 재료로 만든 구조입니다. 메타물질은 물질의 자기적 또는 전기적 특성을 모방하는 작은 전기 회로를 구축하여 필요한 특성을 얻습니다. 많은 금속은 음의 전기 투자율을 가지므로 음의 자기 반응을 일으키는 요소를 위한 공간을 남겨두는 것으로 충분합니다.

균질한 금속 대신 입방 격자 형태로 배열된 많은 얇은 금속 와이어가 단열재의 판에 부착됩니다. 와이어의 직경과 그 사이의 거리를 변경하여 구조가 음의 전기 투자율을 갖는 주파수 값을 조정할 수 있습니다. 가장 간단한 경우에 음의 자기 투자율을 얻기 위해 디자인은 우수한 전도체(예: 금, 은 또는 구리)로 만들어지고 다른 재료 층으로 분리된 두 개의 깨진 링으로 구성됩니다.

이러한 시스템을 스플릿 링 공진기라고 하며 영어에서 SRR로 약칭합니다. 분할 링 공진기(6). 링 사이의 간격과 거리로 인해 커패시터와 같은 일정한 정전 용량을 가지며 링은 전도성 재료로 만들어지기 때문에 특정 인덕턴스, 즉 전류를 생성하는 능력.

전자기파에 의한 외부 자기장의 변화는 링에 전류를 흐르게 하고, 이 전류는 자기장을 생성합니다. 적절한 설계를 통해 시스템에서 생성된 자기장은 외부 자기장과 반대 방향으로 향하게 됩니다. 이는 이러한 원소를 포함하는 재료의 음의 자기 투자율을 초래합니다. 메타 물질 시스템의 매개 변수를 설정하면 상당히 넓은 범위의 파동 주파수에서 음의 자기 응답을 얻을 수 있습니다.

메타-빌딩

디자이너의 꿈은 이상적으로 물체 주위에 파도가 흐르는 시스템을 구축하는 것입니다(7). 2008년 버클리 캘리포니아 대학의 과학자들은 역사상 처음으로 가시광선과 근적외선에 대해 음의 굴절률을 갖는 XNUMX차원 물질을 만들어 자연 방향과 반대 방향으로 빛을 구부렸습니다. 그들은 은과 불화마그네슘을 결합하여 새로운 메타물질을 만들었습니다.

그런 다음 소형 바늘로 구성된 매트릭스로 절단됩니다. 음의 굴절 현상은 1500nm(근적외선)의 파장에서 관찰되었습니다. 2010년 초에 Karlsruhe Institute of Technology의 Tolga Ergin과 Imperial College London의 동료들은 보이지 않는 가벼운 커튼. 연구원들은 시중에서 구할 수 있는 재료를 사용했습니다.

그들은 금판의 미세한 돌출부를 덮기 위해 표면에 놓인 광결정을 사용했습니다. 그래서 메타 물질은 특수 렌즈로 만들어졌습니다. 플레이트의 혹 반대편에 있는 렌즈는 광파의 일부를 편향시켜 돌출부에서 빛의 산란을 제거하는 방식으로 배치됩니다. 과학자들은 가시광선에 가까운 파장을 가진 빛을 사용하여 현미경으로 판을 관찰함으로써 평평한 판을 보았습니다.

나중에 듀크 대학교와 런던 임페리얼 칼리지의 연구원들은 마이크로파 방사선의 음반사를 얻을 수 있었습니다. 이 효과를 얻으려면 메타물질 구조의 개별 요소가 빛의 파장보다 작아야 합니다. 따라서 굴절해야 하는 빛의 파장과 일치하는 매우 작은 메타물질 구조를 생산해야 하는 기술적 과제입니다.

가시광선(보라색에서 빨간색)의 파장은 380~780나노미터(620나노미터는 XNUMX억분의 XNUMX미터)입니다. Scottish University of St. Andrews의 나노기술자들이 구조에 나섰습니다. 그들은 매우 조밀하게 메쉬된 메타물질의 단일 레이어를 얻었습니다. New Journal of Physics의 페이지에는 약 XNUMX나노미터(주황색-적색광)의 파장을 구부릴 수 있는 메타플렉스가 설명되어 있습니다.

2012년 오스틴에 있는 텍사스 대학의 미국 연구원 그룹은 전자레인지를 사용하여 완전히 다른 트릭을 고안했습니다. 직경 18cm의 실린더는 특성을 조작할 수 있는 네거티브 임피던스 플라즈마 재료로 코팅되었습니다. 숨겨진 개체의 광학적 특성과 정확히 반대되는 경우 일종의 "네거티브"를 생성합니다.

따라서 두 파동이 겹치면서 물체가 보이지 않게 된다. 그 결과, 물질은 파동의 여러 가지 다른 주파수 범위를 구부려서 물체 주위를 흐르게 하고 물체의 다른 쪽에서 수렴하여 외부 관찰자에게는 눈에 띄지 않을 수 있습니다. 이론적 개념이 증가하고 있습니다.

약 XNUMX개월 전에 Advanced Optical Materials는 University of Central Florida의 과학자들이 수행한 획기적인 연구에 대한 기사를 발표했습니다. "에 대한 기존 제한을 극복하지 못했을지 누가 ​​알겠습니까?보이지 않는 모자» 메타물질로 제작. 그들이 발표한 정보에 따르면 가시광선 범위에서 물체가 사라질 가능성이 있습니다.

7. 보이지 않는 물체에 빛을 구부리는 이론적 방법

Debashis Chanda와 그의 팀은 XNUMX차원 구조를 가진 메타물질의 사용을 설명합니다. 소위 덕분에 얻을 수있었습니다. 금속-유전체 테이프를 생산하는 나노전사 인쇄(NTP). 굴절률은 나노 공학 방법으로 변경할 수 있습니다. 빛의 전파 경로는 전자기 공진법을 이용하여 물질의 XNUMX차원 표면 구조에서 제어되어야 합니다.

과학자들은 그들의 결론에 매우 신중하지만 그들의 기술에 대한 설명에서 그러한 물질의 코팅이 전자기파를 상당히 편향시킬 수 있다는 것이 매우 분명합니다. 또한, 새로운 재료를 얻는 방법은 넓은 지역을 생산할 수 있게 하여 일부 사람들은 그러한 위장으로 덮힌 전사가 그들에게 제공할 꿈을 꾸게 했습니다. 비가시성 레이더에서 일광까지 완벽합니다.

메타물질이나 광학 기술을 사용하는 은폐 장치는 물체를 실제로 사라지게 하는 것이 아니라 탐지 도구에, 그리고 곧 아마도 눈에 보이지 않게 할 뿐입니다. 그러나 이미 더 급진적인 아이디어가 있습니다. National Taiwan Tsing Hua University의 Jeng Yi Lee와 Ray-Kuang Lee는 시야뿐만 아니라 현실 전체에서 물체를 제거할 수 있는 양자 "보이지 않는 캡"의 이론적 개념을 제안했습니다.

위에서 설명한 것과 유사하게 작동하지만 Maxwell 방정식 대신 Schrödinger 방정식이 사용됩니다. 요점은 개체의 확률 필드를 늘려서 XNUMX이 되도록 하는 것입니다. 이론적으로 이것은 마이크로 스케일에서 가능합니다. 그러나 그러한 덮개를 제조할 수 있는 기술적 가능성을 기다리려면 오랜 시간이 걸릴 것입니다. 어떤 "처럼투명 모자“그녀가 정말로 우리의 시야에서 무언가를 숨기고 있었다고 말할 수 있습니다.