Nie tylko SF : „Elektromagnetyczny tunel może istnieć, mówią matematycy”

Science Daily – zespół matematyków, który stworzył matematyczne podwaliny pod „niewidzialną pelerynę”, ogłoszoną przez fizyków w październiku zeszłego roku, pokazał, że ta sama technologia może zostać użyta do wytworzenia elektromagnetycznego tunelu.

W badaniach, które pojawiły się 12 października 2007r. w 12 numerze Physical Review Letters, Allan Greenleaf, profesor matematyki na uniwersytecie w Rochester oraz jego współautorzy zajmują się rozważaniami na temat niewidzialności. Wyniki umożliwiają zbudowanie czegoś w rodzaju niewidzialnego tunelu między dwoma punktami w przestrzeni.

„Proszę sobie wyobrazić niewidzialną pelerynę Harrego Pottera owiniętą wokół tuby”, mówi Greenleaf.” Jeśli materiał zostanie stworzony zgodnie z naszymi wymaganiami, będzie można wrzucić obiekt do jednego końca, zobaczyć jak znika podczas pokonywania tunelu i ponownie pojawia się ponownie na drugim końcu.”

Współczesna technologia może stworzyć tylko obiekty niewidzialne dla promieniowania mikrofalowego, ale matematyczna teoria dopuszcza efekt tunelu (wormhole effect) dla fal elektromagnetycznych dowolnych częstotliwości. Mając to na uwadze, Greenleaf i współautorzy proponują kilka możliwych zastosowań. Endoskopijne operacje, gdzie korzystanie przez chirurga z obrazów z rezonansu magnetycznego jest problematyczne, gdyż intensywne pole magnetyczne wytworzone przez skaner oddziaływuje na narzędzia chirurgiczne, które mogą zakłócić obrazy z rezonansu. Greenleaf stwierdza, że wprowadzenie narzędzi poprzez elektromagnetyczny tunel ukryje je skutecznie przed polami magnetycznymi, pozwalając obserwować tylko pracujące końcówki narzędzi.

W celu stworzenia technologii umożliwiającej niewidzialność, Greenleaf i jego współpracownicy zaprojektowali za pomocą matematyki teoretycznej urządzenie by sterowało falami elektromagnetycznymi w sposób użyteczny. Badacze mogli następnie użyć tych wyników do stworzenia specjalnie zaprojektowanych warstw zakrzywiającego światło kompozytowego materiału zwanego metamateriałem.

Dwa lata temu, David R.Smith, profesor inżynierii elektrycznej i komputerowej na Duke’s Pratt School i jego współpracownicy zaprojektowali niewidzialne urządzenie – dysk, który pozwalał mikrofalom przechodzić wokół siebie. Greenleaf wraz ze współpracownikami użyli bardziej skomplikowanej geometrii, aby dokładnie ustalić, jakie własności są wymagane od metamateriału w celu utworzenia efektu niewidzialnego tunelu. Obliczyli również, jakie dodatkowe optyczne efekty się pojawią, jeśli wnętrze tunelu zostanie pokryte różnymi rodzajami hipotetycznych metamateriałów.

Zakładając że twoje widzenie zostanie ograniczone do kilku częstotliwości na których pracuje „wormhole”, patrząc w jeden koniec zobaczysz zniekształcony widok tego co widać przez drugi koniec, według symulacji wykonanych przez zespół Greenleaf’a. W zależności od długości tuby i od tego jak często światło odbija się wewnątrz, możesz uzyskać tylko szerszy kąt widzenia lub zobaczyć widoki przypominające rodzajem zniekształceń rysunki Eschera.

Greenleaf i jego zespół spekulowali nad użyciem „wormhole’a” rodem z science fiction. Jeśli metamateriały tworzące tuby byłyby w stanie zakrzywiać widzialne światło o wszystkich możliwych długościach, mogłyby być wykorzystane do stworzenia wyświetlacza telewizji trójwymiarowej. Wyobraź sobie tysiące cienkich tuneli wystających z pudełka jak źdźbła długiej trawy z wazonu. Tunele same w sobie byłyby niewidzialne, ale ich końce mogłyby transportować światło z dołu. Wyglądałoby to tak jak tysiące pikseli po prostu unoszące się w powietrzu.

Greenleaf przyznaje, że ten pomysł ma jeszcze przed sobą daleką drogę. Nawet jeśli matematycy mówią, że jest to możliwe, to od inżynierów zależy zastosowanie tego w praktyce i stworzenie działającego prototypu.

Współautorami Greenleaf’a są: Matti Lassa, profesor matematyki z Technicznego Uniwersytetu w Helsinkach, Yaroslav Kuryle, profesor matematyki na University College w Londynie oraz Gunther Uhlmann, Walker Family Endowed profesor matematyki z University of Washington.

Zaadoptowano z materiałów udostępnionych przez University of Rochester.

Tłumaczenie: Mateusz Olejarka