211service.com
Fatal fejl opdaget i usynlighedstæppekapper
I katte- og musespillet med camouflage har den ekstraordinære udvikling af usynlighedskapper givet musen overhånd i de senere år. Ikke alene har teoretikere udviklet ideerne bag disse enheder dramatisk, men andre har selv bygget og testet kapperne. Camouflagens verden vil aldrig se ens ud.
I dag kæmper kattene tilbage ved at afsløre, hvordan man opdager tilstedeværelsen af en usynlighedskappe og opdager den genstand, den skjuler.
Usynlighedskapper skjuler genstande ved at styre lyset rundt om dem, så genstandene ikke kan ses af en iagttager. Tricket er at bygge et materiale, der styrer lyset på denne måde.
Det viser sig at være ekstremt svært, dels fordi de optiske egenskaber af disse materialer skal ændres fra et punkt til et andet på en måde, der opnår denne styring, en egenskab kendt som optisk anisotropi. På grund af dette skulle de første usynlighedskapper være håndbyggede og selv da lykkedes det kun at dække en flad genstand i to dimensioner ved en enkelt bølgelængde af mikrobølgelys. Ingen kunne virkelig forestille sig, hvordan denne tilgang kunne fås til at fungere i den meget mindre skala, der kræves for synligt lys eller over en række frekvenser.
Så for et par år siden kom John Pendry, den teoretiske fysiker ved Imperial College London, som har været den intellektuelle drivkraft på dette område, med en anden tilgang: tæppekappen.
Ideen var, at et lag af dielektrisk materiale på en overflade kunne bøje lys på en måde, der fik det til at se ud, som om lyset reflekterede fra den oprindelige overflade. Med andre ord ville dette ekstra lag være usynligt, så alt indeholdt i det ville også være usynligt.
Denne teknik fungerer for synligt lys ved en bred vifte af frekvenser. Hvad mere er, sagde Pendry, materialer, der kunne gøre dette, kunne være helt ensartede - isotropiske snarere end anisotrope - og ville derfor være meget nemmere at lave.
Med denne ene idé kom drømmen om optiske usynlighedskapper inden for rækkevidde, og på denne blog fulgte vi den måde, hvorpå denne idé udviklede sig fra teori til praktiske enheder på få måneder.
Siden da har Baile Zhang og venner ved Massachusetts Institute of Technology i Cambridge haft travlt med at lede efter det svage punkt i denne idé og tror nu, de har fundet det. I dag påpeger de, at tæppekapper har en fejl, der gør, at genstandene i dem kan spores.
Problemet, siger de, er, at isotropiske kapper ikke kan fungere perfekt. Her er hvorfor. Lys kan opfattes som en række bølgefronter hver med en vis mængde energi. Normalt er retningen for energiudbredelse vinkelret på disse bølgefronter.
Men i en usynlighedskappe bliver dette vinkelrette forhold forvrænget, når lysbølgerne styres. Det er, hvad et anisotropt materiale gør. Men et isotropt materiale kan ikke gøre dette - energien forplanter sig altid i rette vinkler på bølgefronterne. Denne begrænsning betyder, at isotrope materialer ikke kan skjule genstande på den måde, Pendry foreslår.
Zhang og co fortsætter med at bevise deres påstand ved at spore en stråle, der passerer gennem den slags isotropiske tæppekappe, som Pendry foreslog. Det, de har opdaget, vil chokere tæppekappere over hele verden.
Ifølge Zhang og venner skjuler tæppekapper ikke genstande, de flytter dem blot til den ene side med en mængde, der er bare en smule mindre, end de er høje. Afgørende afhænger effekten af den vinkel, du kigger i. Så når det belyses i en vinkel på 45 grader, ser et objekt på 0,2 enheder højt ud til siden forskudt med 0,15 enheder.
Hvis Zhang og co har ret, kan dette være et væsentligt slag for isotropisk tæppetilsløring. Det betyder, at tæppets tildækningseffekt har en begrænset synsvinkel.
Se direkte fra oven, og en genstand kan være perfekt skjult, du behøver ikke en tæppekappe til det, bare konventionel camouflage. Spørgsmålet er, hvor langt fra vinkelret kan du gå, før en isotrop optisk tæppekappe giver dig væk.
Så i usynlighedskrigene går denne kamp til kattene. Selvfølgelig vil musene være tilbage med en ny og forbedret tæppekappe, der kommer uden om dette problem. En oplagt udvej er at gøre tæppet anisotropisk, med andre ord at variere dets struktur, så det styrer lyset ordentligt rundt i objektet.
Sekunder ud, runde to.
Ref: arxiv.org/abs/1004.2551 : Lateral Shift gør Ground-Plane Cloak detekterbar