211service.com
Dödligt fel upptäckt i osynlighetsmattkappor
I katt- och råttaleken kamouflage har den extraordinära utvecklingen av osynlighetskappor säkert gett musen övertaget de senaste åren. Teoretiker har inte bara dramatiskt utvecklat idéerna bakom dessa enheter, utan andra har byggt och testat kappor själva. En värld av kamouflage kommer aldrig att se sig lik ut.
Idag kämpar katterna tillbaka genom att avslöja hur man upptäcker närvaron av en osynlighetsmantel och upptäcker föremålet den gömmer.
Osynlighetskappor döljer föremål genom att styra ljus runt dem så att föremålen inte kan ses av en observatör. Tricket är att bygga ett material som styr ljuset på detta sätt.
Det visar sig vara extremt svårt, delvis eftersom de optiska egenskaperna hos dessa material måste ändras från en punkt till en annan på ett sätt som uppnår denna styrning, en egenskap som kallas optisk anisotropi. På grund av detta måste de första osynlighetsmanteln tillverkas för hand och lyckades till och med då bara täcka ett platt föremål i två dimensioner vid en enda våglängd av mikrovågsljus. Ingen kunde riktigt föreställa sig hur detta tillvägagångssätt kunde fås att fungera i den mycket mindre skala som krävs för synligt ljus eller över ett frekvensområde.
Sedan för ett par år sedan kom John Pendry, den teoretiske fysikern vid Imperial College London som har varit den intellektuella drivkraften inom detta område, med ett annat tillvägagångssätt: mattmanteln.
Tanken var att ett lager av dielektriskt material på en yta kunde böja ljus på ett sätt som fick det att se ut som om ljuset reflekterades från den ursprungliga ytan. Med andra ord skulle detta extra lager vara osynligt, så allt som finns i det skulle också vara osynligt.
Denna teknik fungerar för synligt ljus vid ett brett spektrum av frekvenser. Dessutom, sa Pendry, material som kan göra detta kan vara helt enhetliga - isotropa snarare än anisotropa - och skulle därför vara mycket lättare att göra.
Med den här idén kom drömmen om optiska osynlighetskappor inom räckhåll och på den här bloggen följde vi hur denna idé utvecklades från teori till praktiska enheter på bara några månader.
Sedan dess har Baile Zhang och kompisar vid Massachusetts Institute of Technology i Cambridge varit upptagna med att leta efter den svaga punkten i denna idé och tror nu att de har hittat den. Idag påpekar de att mattkappor har ett fel som gör att föremålen i dem kan upptäckas.
Problemet, säger de, är att isotropiska kappor inte kan fungera perfekt. Här är varför. Ljus kan ses som en serie vågfronter var och en med en viss mängd energi. Vanligtvis är riktningen för energiutbredning i rät vinkel mot dessa vågfronter.
Men i en osynlighetsmantel blir detta vinkelräta förhållande förvrängt när ljusvågorna styrs. Det är vad ett anisotropt material gör. Men ett isotropiskt material kan inte göra detta – energin fortplantar sig alltid i rät vinkel mot vågfronterna. Denna begränsning innebär att isotropa material inte kan dölja föremål på det sätt som Pendry föreslår.
Zhang och co fortsätter med att bevisa sitt påstående genom att spåra en stråle som passerar genom den typ av isotropisk mattmantel som Pendry föreslog. Det de har upptäckt kommer att chocka mattor över hela världen.
Enligt Zhang och kompisar döljer mattkappor inte föremål, de flyttar dem bara åt sidan med en mängd som bara är lite mindre än vad de är höga. Effekten beror på vilken vinkel du tittar i. Så när det belyses i en vinkel på 45 grader, visas ett objekt som är 0,2 enheter högt lateralt förskjutet med 0,15 enheter.
Om Zhang och co har rätt, kan detta vara ett rejält slag för isotropisk mattmantel. Det betyder att mattmaskningseffekten har en begränsad synvinkel.
Titta direkt ovanifrån och ett föremål kan döljas perfekt, du behöver inte en mattkappa för det, bara konventionell kamouflage. Frågan är hur långt från vinkelrät kan du gå innan en isotrop optisk mattmantel ger dig bort.
Så i osynlighetskrigen går denna strid till katterna. Naturligtvis kommer mössen tillbaka med en ny och förbättrad mattmantel som kommer runt detta problem. En självklar utväg är att göra mattan anisotropisk, med andra ord att variera dess struktur så att den styr ljuset runt föremålet på rätt sätt.
Sekunder ut, omgång två.
Ref: arxiv.org/abs/1004.2551 : Lateral Shift gör markplansmanteln detekterbar