• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Niewidzialność w przestrzeni... i w czasie.

    07.02.2011. 19:37
    opublikowane przez: Jakub Juranek

    W ciągu ostatnich kilku lat postęp w dziedzinie nauki o metamateriałach zbliżył badaczy do urzeczywistnienia pomysłu stworzenia realnej wersji bajkowej "czapki-niewidki". Projektowane obecnie materiały o niezwykłych właściwościach będą mogły niedługo sprawić, że różne przedmioty w polu widzenia staną się naprawdę niewidzialne dla ludzkiego oka. Innowacyjna technologia metamateriałów rozważana była jednak dotychczas tylko w aspekcie uzyskiwania niewidzialności w przestrzeni, zaproponowana niedawno nowa koncepcja teoretyczna pokazuje, że możliwe jest również ich używanie do swoistego maskowania zdarzeń, czyli osiągnięcia niewidzialności nie tylko w przestrzeni, lecz również w czasie. Najnowszy pomysł wykorzystania metamateriałów to dosłowne dodanie czwartego wymiaru do fascynujących badań nad urealnieniem niewidzialności.

    Metamateriały to sztucznie zaprojektowane struktury o niezwykłych właściwościach elektromagnetycznych, niedostępnych w naturalnie występujących materiałach. Ich niezwykłe cechy i możliwości zastosowań wzbudzają coraz żywsze zainteresowanie wśród naukowców i inżynierów. Maskowanie przedmiotów i uzyskiwanie niewidzialności to tylko jedna z licznych potencjalnych możliwości ich wykorzystania, jednak równocześnie jedna z najbardziej nagłośnionych i intrygujących.

    Dotychczasowe badania nad uzyskiwaniem niewidzialności skupiały się na pomyśle zastosowania metamateriałów do maskowania przedmiotów poprzez przeprowadzanie fal elektromagnetycznych niejako obok nich. Nowy pomysł, zaproponowany przez Martina McCalla i współautorów na łamach czasopisma Journal of Optics, polega na manipulacji promieniami światła już po tym, gdy wpłyną one do metamateriału. McCall dowodzi, że możliwe jest podzielenie wpływającego do materiału światła na dwie frakcje, następnie przyspieszenie jednej z nich oraz spowolnienie drugiej. W ten sposób uzyskać można swoistą świetlną "przednią" i "tylną straż", pomiędzy którymi da się ukryć zdarzenia niezauważalne dla zewnętrznego obserwatora.

    Działanie technologii opartej na koncepcji zaproponowanej przez McCalla można, z punktu widzenia obserwatora, opisać jako tworzenie swoistego "martwego pola" lub "białej plamy" w czasoprzestrzeni " niby-korytarza, przez który zdarzenia mogą przemknąć niezauważone. Przyspieszona frakcja promieni świetlnych dociera do danej przestrzeni, w której znajduje się obserwator przed zdarzeniem, zaś spowolniona część, obrazująca stan sprzed jego wystąpienia, dociera tam już po czasie, gdy miało ono miejsce. Ukryty jest nie znajdujący się za metamateriałem przedmiot, ale wycinek czasu, podczas którego obserwator nie uzyskiwał prawdziwej informacji wizualnej dotyczącej obserwowanej przestrzeni.

    Łatwo wyobrazić sobie zastosowanie podobnego zjawiska w technologiach służącej osiąganiu różnych, niekoniecznie szlachetnych celów. Na razie jednak obawy o niecne wykorzystanie urządzenia maskującego czasoprzestrzeń, czy też "edytora historii" - jak nazywa je sam autor tej koncepcji - są zdecydowanie przedwczesne. Od praktycznego zastosowania technologii czasoprzestrzennej niewidzialności w typowej dla nas skali przestrzennej prawdopodobnie dzielą nas jeszcze dekady. Światło porusza się z prędkością ponad 100 milionów metrów na sekundę, aby więc móc manipulować obrazem przestrzeni ukrytej za metamateriałową maską dotyczącym jednej sekundy, teoretycznie potrzebne jest wykorzystanie równej tej długości ilości metrów (!) maskującego materiału. Wykorzystanie koncepcji użycia metamateriałów do czasoprzestrzennych manipulacji obrazem w makroskali wydaje się więc co najmniej nieporęczne. Pomimo to prace w tym obszarze mogą okazać się bardzo owocne i przydatne w różnych dziedzinach nauki oraz techniki. Już dziś wydaje się, że koncepcja tego typu maskowania może zostać na przykład wykorzystana w rozwijającej się dynamicznie dziedzinie informatyki kwantowej. Autorzy pomysłu nie ograniczyli się z tego powodu do opublikowania czysto teoretycznego wywodu, ale zaproponowali również w swojej pracy projekt eksperymentu, dzięki któremu można będzie dowieść słuszności ich koncepcji i wypróbować ją w praktyce - chociaż na razie tylko w skali nanometrów.

    Zarys eksperymentu jest poniekąd jak rękawica rzucona zajmującym się pracami nad maskowaniem oraz niewidzialnością zespołom naukowców i inżynierów. Zapewne już niedługo doczekamy się śmiałków gotowych ją podnieść i zmierzyć się z czekającym na nich wyzwaniem w zaciszu laboratorium. Jeśli wszystko się powiedzie, będzie to ważnym krokiem na drodze do urzeczywistnienia pomysłu na "edytor historii" lub prościej mówiąc " na drodze do stworzenia znanej wszystkim z bajek, jednak tym razem czasoprzestrzennej, "czapki-niewidki".


    Źródło:

    McCall, M.W., Favaro, A., Kinsler, P. i Boardman, A. (2011). A spacetime cloak, or a history editor. Journal Of Optics, 13. doi:10.1088/2040-8978/13/2/024003

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)

    Metamateriał – materiał, którego własności zależą od jego struktury w skali większej niż cząsteczkowa, a nie jedynie od struktury cząsteczkowej. Terminem tym w szczególności określa się materiały o własnościach nie występujących w naturalnie powstających materiałach, na przykład tzw. materiały lewoskrętne. Mają one szczególne znaczenie w optyce i fotonice, gdzie ich własności umożliwiają wytwarzanie nieklasycznych typów soczewek, anten, modulatorów i filtrów.

    Maskowanie taktyczne (nazywane również: maskowaniem bezpośrednim), jest to ogół przedsięwzięć maskowania mający na celu ukrycie wojsk, sprzętu bojowego, obiektów fortyfikacyjnych i tyłowych przy użyciu etatowych i podręcznych środków maskujących oraz przez właściwe wykorzystanie maskujących warunków terenowych i wykonywanie prac maskowniczych związanych z budową makiet i obiektów pozornych. Przedsięwzięcia maskowania prowadzą dowódcy, sztaby oddziałów i pododdziałów.

    Maskowanie taktyczne (nazywane również: maskowaniem bezpośrednim), jest to ogół przedsięwzięć maskowania mający na celu ukrycie wojsk, sprzętu bojowego, obiektów fortyfikacyjnych i tyłowych przy użyciu etatowych i podręcznych środków maskujących oraz przez właściwe wykorzystanie maskujących warunków terenowych i wykonywanie prac maskowniczych związanych z budową makiet i obiektów pozornych. Przedsięwzięcia maskowania prowadzą dowódcy, sztaby oddziałów i pododdziałów.

    Równomierna przestrzeń barw to taka przestrzeń barw, w której obszary różnicy percepcyjnej barw mają postać kul o jednakowym promieniu w obrębie całej przestrzeni barw.
    Dla wyjaśnienia powyższej definicji wprowadźmy pojęcie barwy obiektywnej i barwy subiektywnej. Barwę obiektywną określijmy jako punkt w danej przestrzeni barw opisany liczbowo przez określenie jego współrzędnych. Zatem dwa różne punkty w przestrzeni barw mają dwie różne współrzędne, a zatem są to dwie różne barwy obiektywne. Barwa subiektywna jest wrażeniem barwy, które powstaje w mózgu człowieka. Dwie barwy obiektywne stosunkowo mało odległe od siebie w przestrzeni barw mogą wywołać wrażenie tej samej barwy. Zatem dwie barwy obiektywne mogą być tą samą barwą subiektywną. Człowiek posiada określoną różnicę percepcyjną barw czyli zdolność rozróżniania różnicy barw. Różnica percepcyjna zmienia się z wiekiem danego człowieka, jego kontaktami z barwą (czasem związanymi z wykonywanym zawodem, np. artysta-malarz), jego nastrojem. Wiąże się też z indywidualnymi cechami danego człowieka. W równomiernej przestrzeni barw bierze się pod uwagę teoretycznego, wystandaryzowanego obserwatora, określonego za pomocą empirycznych badań statystycznych. W równomiernej przestrzeni barw można określić stały promień kuli taki, że obiektywne barwy zawarte w tej kuli będą przez statystycznego obserwatora traktowane jako jedna barwa subiektywna, czyli barwy te znajdują się poniżej progu różnicy percepcyjnej barw. Przestrzeń barw CIELab i CIELUV pretendują do miana równomiernych przestrzeni barw jednak faktycznie są jej przybliżeniem.

    Fakt w rozumieniu potocznym jest to wydarzenie, które miało miejsce w określonym miejscu i czasie. W tym sensie faktem nie może być zdarzenie, które nie miało jeszcze miejsca, można jednak mówić o przewidywaniu przyszłych faktów - czyli zdarzeń które najprawdopodobniej się wydarzą. Zdarzenia te jednak stają się faktami dopiero wtedy, gdy się już wydarzą.

    Fakt w rozumieniu potocznym jest to wydarzenie, które miało miejsce w określonym miejscu i czasie. W tym sensie faktem nie może być zdarzenie, które nie miało jeszcze miejsca, można jednak mówić o przewidywaniu przyszłych faktów – czyli zdarzeń które najprawdopodobniej się wydarzą. Zdarzenia te jednak stają się faktami dopiero wtedy, gdy się już wydarzą.

    Apomorfia, cecha apomorficzna – cecha zaawansowana, ewolucyjnie nowa, niewystępująca u przodków danej linii ewolucyjnej. Jej przeciwieństwem jest plezjomorfia, czyli cecha prymitywna. Jeśli apomorfia obecna jest tylko w jednej linii ewolucyjnej nazywa się ją autapomorfią, natomiast jeśli występuje u co najmniej kilku kladów, określana jest jako synapomorfia. Według ściśle kladystycznego podejścia jedynie apomorfie (a wśród nich tylko synapomorfie) można wykorzystać do przetestowania hipotezy filogenetycznej. Mark Wilkinson stwierdził, że w niektórych przypadkach również plezjomorfie mogą wskazywać na monofiletyczny charakter taksonów, jednak poglądu tego nie podziela większość naukowców. Koncepcja apomorfii została wprowadzona przez Williego Henniga w pracy Grundzüge einer Theorie der Phylogenetischen Systematik z 1950 roku. Początkowo termin ten odnosił się nie do cech, lecz do taksonów. Hennig wspomniał jednak, że w przypadku „krzyżowań specjalizacji” dotyczy on wyłącznie cech. Przypisano go do cech w 1952 roku, tym samym umożliwiając po raz pierwszy zrekonstruowanie powiązań filogenetycznych.

    Dodano: 07.02.2011. 19:37  


    Najnowsze