Megvalósítható a láthatatlanná tevő köpeny

A láthatatlanná tevő köpenyről már szinte mindenki hallott, ha máshonnan nem a Harry Potter filmekből, habár azt a tudósoknak eddig még nem sikerült előállítani. Ezt változtathatja meg Perczel Jánosnak, a St. Andrews Egyetemen tanult magyar diáknak az elmélete, aminek köszönhetően sikerült elhárítani a láthatatlanság utolsó nagy elméleti akadályát.

Mesélnél arról, hogy mit is jelent a láthatatlanság elmélete?

A láthatatlanság elméletének kidolgozása 2006-ra tehető. Ulf Leonhardt, a St. Andrews Egyetem professzora és John Pendry, az Imperial College London professzora két cikket publikált a Science folyóiratban. Ekkora tehető a láthatatlanság elméletének megszületése. Pár hónappal a cikkek megjelenése után kísérleteket végeztek az amerikai Duke Egyetemen, amelynek során bebizonyították, hogy az elmélet, amelyen a láthatatlanság köpenye alapul, valós. Ez az elmélet azon alapszik, hogy a fénysugarakat meggörbítjük, annak érdekében, hogy láthatatlanná tegyünk valamit. Ezt a következőképpen kell elképzelni: akkor látunk valamit, ha a fénysugarak egy tárgyról a szemünkbe érkeznek. Például egy fát akkor láthatunk, ha a fénysugarak a fáról a szemünkbe érkeznek, viszont, ha egy másik tárgyat, például a tenyeremet a fa elé rakom, akkor már a tenyeremet látjuk, nem pedig a fát, mert a fénysugarak a tenyeremről fognak érkezni a szemünkbe. Ha viszont megoldom azt, hogy a fénysugarak a fáról érkezzenek, vagyis elgörbítem őket, akkor kikerülnék a tenyeremet és a fát látnánk. Az egyenesen haladó fénysugarakat egy köpennyel eltereljük, majd visszavezetjük őket eredeti pályájukra. Ezáltal úgy fog tűnni, mintha egyenes fénysugarakként érkeztek volna a szemünkbe. Ezáltal a tárgy, ami az elgörbítés középpontjában van, láthatatlanná válik.

Mennyire valósítható meg a fénysugarak elgörbítése?

Nem megvalósíthatatlan, de nehezen megvalósítható. Ahhoz, hogy elgörbítsük a fénysugarakat nagyon speciális anyagokra van szükség, ún. metaanyagokra, amik szinte mega-atomokból felépített anyagok, gyakran apró áramkörökből épülnek fel. Osztottgyűrűs rezonátorokat raknak egymás mellé, amelyek megfelelő választ adnak, amikor a fény közeleg.

Mivel a fény egy elektromágneses hullám, valamint a fény az elektromos és mágneses terek periodikus változásából jön létre, ahhoz, hogy a fényt elgörbítsük, további elektromos és mágneses terekre lesz szükség. Az apró kis áramkörök ilyen elektromos és mágneses tereket gerjesztenek majd. A probléma az, hogy a fénynek a sebessége növekedni fog, amikor elgörbítjük. Ahhoz, hogy elgörbítsük a fénysugarakat, fel kell gyorsítanunk a fénysugarakat, viszont a fény a legnagyobb sebességű, amivel bármi haladhat. Ahhoz, hogy a láthatatlanná tevő köpeny működjön a fénysebességnél gyorsabb sebességre van szükség.

Ezt hogyan lehet akkor mégis megvalósítani?

A közhiedelemmel ellentétben lehetséges a fénysebességnél nagyobb terjedésű sebesség, de információt semmilyen esetben sem közvetíthetünk vele, mivel az megsértené a relativitás elméletét. Rezonens rezgések esetében a fázissebesség, az energia sebessége és a frontsebesség elérheti a fénynél nagyobb sebességet. Viszont csak akkor lehetnek az előbb említett sebességek a fénynél gyorsabbak, ha azok nem közölnek információt. Hozzá kell még tenni, hogy a rezonens frekvenciák miatt csak nagyon speciális körülmények között lehetnek a fénynél nagyobb sebességűek. Egy köpenynek ugyanis van egy bizonyos frekvenciája, és csak ezen a frekvencián terjedhet a fény. De ezek már nagyon korlátozott körülmények. Két probléma van: a köpeny csak egy adott frekvencián fog működni. A különböző színeknek különböző a frekvenciája, valamint vannak olyan színek is, amelyeket nem láthatunk. A másik probléma az, hogy a köpeny csak akkor fog működni, ha periodikus elektromos vagy mágneses hullámokat bocsátunk ki, amelyek nem tartalmaznak információt. Átvitt értelemben így a köpenyek csak mozdulatlan háttér esetében fognak működni.

Mennyiben tér el az általad kidolgozott elmélet a korábbi modellektől?

Az általunk kidolgozott láthatatlanná tevő köpeny modelljét augusztus 8-án publikáltuk a New Journal of Physics folyóiratban. Ebben a cikkben kifejtettük, hogy a köpeny létrehozásához nincs szükség a fénysebességnél gyorsabb sebességre. Ennek köszönhetően ez minden frekvencián működne, illetve bármilyen mozgó, színekben játszó, folyamatos változásban lévő háttér előtt is megvalósítható lenne.

Ezt az elméletet a gyakorlatba is átültetitek, vagy csak elmélet marad?

Nagyon időigényes és nagyon nehéz a már említett metaanyagokat megépíteni, valamint egyelőre relatíve kicsik az elektromágneses válaszok, amelyeket ezek az anyagok adnak. Így technológiai előrelépés nélkül a köpeny megvalósíthatatlan, mivel magas elektromágneses válaszokat adni tudó anyagok létrehozására van szükség. A cikkben, amit írtunk, többször is hangsúlyoztuk, hogy ez egy elméletei példa, amely során a láthatatlanság utolsó nagy elméleti akadályát sikerült elhárítani. Az az elméleti eredmény, hogy azt bizonyítottuk, hogy a láthatatlanság lehetség a fénysebességnél nagyobb sebességek nélkül is. A gyakorlati megvalósítás valószínűleg még váratni fog magára.

Adódtak nehézségek a projekt során?

Több kisebb nehézség, valamint egy komolyabb probléma adódott. Volt egy pont, amikor azt gondoltuk, hogy ez az egész nem fog működni. Szerencsére ekkor három napon belül eszembe jutott egy apró trükk. A részleges transzmutáció lehetőségével sikerült a láthatatlan gömböt, amelybe a köpenyt helyeztük, úgy megváltoztatni, hogy egy alkalmas hátteret adjon a köpenynek. Így nem is egy, hanem két cikk született – az első a felmerülő problémáról, aminek hatására publikálhattuk a második cikket is.

A köpenynél alkalmazott technológiát mire lehet még használni?

Maga az, hogy láthatatlanná tegyünk dolgokat egy nagyon érdekes dolog és gondolom, hogy sokak fantáziáját megmozgatja. Általában a humor is szerepet játszik, amikor elgondolkoznak azon, hogy a technológia felhasználásával miket is lehetne gyártani – ilyen például az átlátszó cipő. A technológia amit használunk a köpenynél egy nagyon gazdag terület, amely néhány éve indult és rengeteg lehetőséget rejt. Az egyik ilyen nagy lehetőség Ulf Leonhardt nevéhez fűződik, aki 2009-ben megalkotta a tökéletes képalkotás elméletét. Ez arra vonatkozik, hogy elvben van egy elméleti határa annak, hogy milyen felbontásban tudunk képeket alkotni. Ez megmutatja, hogy igenis lehetséges a fény hullámhossza által szabott korlátokon túllépni és elvben tökéletes képeket alkotni. Ennek a 2009-es cikknek a támogatásául 2011-ben Leonhardt és a kutatócsapata publikált egy kísérletet is, amelyben megadják a kísérleti bizonyítékát annak, hogy a tökéletes kép kidolgozása lehetséges. Egy hatalmas előrelépést jelentene, ha sikerülne ennek az elméletnek a további finomítása, valamint ha a gyakorlatban is hozzáférhetővé lehetne tenni a tökéletes képalkotást. Ez vonatkozhat akár a mikrochipek gyártására, vagy egészen apró dolgok fotózására is.

A kutatás során a St. Andrews egyetem milyen eszközöket, segítséget biztosított számodra?

Az egész kutatást tavaly augusztusban kezdtem. Az Angol Tudományos Alaptól kaptam egy nagylelkű ösztöndíjat, amelynek segítségével el tudtam kezdeni a kutatást és Skóciában tudtam maradni nyáron is. Két hónap elteltével sikerült olyan eredményekre jutni, amelyek felcsillantották annak a reményét, hogy ebből még többet is ki lehet hozni, ezért Ulf Leonhardt beleegyezett, hogy szeptembertől folytassuk a munkát. Így még további hat hónapon keresztül dolgoztam ezen a projekten. Ulf Leonhardt körülbelül heti egy, vagy másfél órát is rám szánt. Ekkor konzultáltunk, megbeszéltük, hogy hogyan haladok. Ez nagyon sokat segített és dinamikus előrelépést tett lehetővé. Ennek köszönhetően lehetőség volt arra, hogy a projekt folyamatosan fejlődhessen.

Egy hasonló kutatást egy magyarországi egyetemen is ilyen könnyű lett volna megvalósítani?

Nagyon remélem. Ahhoz, hogy ilyen eredmények szülessenek, és, hogy a diákok is ilyen aktívan tudjanak kutatni, nagy szükség van arra, hogy személyes figyelmet kapjanak. Ez azért is fontos, mert ez az egész elképzelhetetlen lett volna anélkül, hogy folyamatos támogatást, figyelmet és törődést kaptam Ulf Leonhardtól. Kulcsfontosságú volt még az is, hogy a professzor végig bízott bennem és a projekt sikerességében.

Fülep Ágnes

Felkapott hírek

Friss hírek

A honlap további használatához kérjük fogadja el a sütik használatát. További információt adatvédelmi tájékoztatónkban és a sütik kezelésére vonatkozó tájékoztatónkban talál.

A süti beállítások ennél a honlapnál engedélyezett a legjobb felhasználói élmény érdekében. Amennyiben a beállítás változtatása nélkül kerül sor a honlap használatára, vagy az "Elfogadás" gombra történik kattintás, azzal a felhasználó elfogadja a sütik használatát.

Bezárás