Można sprawić, żeby światło obiegło przedmiot i wróciło na swój dotychczasowy tor, jak gdyby niczego w tym miejscu nie było. Żeby sztuczka się udała, materiał okrywający ten przedmiot musi mieć bardzo precyzyjnie zaprojektowaną strukturę. Jeszcze niedawno była to czysta fantazja opisywana czasem przez fizyków z bogatą wyobraźnią. Tymczasem tego rodzaju tworzywa już powstają, więc nie ma technicznych przeszkód, żeby stworzyć kamuflaż zapewniający prawie całkowitą niewidzialność. Jak donosi najnowszy "Science", magiczna peleryna niewidka Harry'ego Pottera czy kosmiczna zbroja myśliwego z filmu "Predator" są już w zasięgu ręki naukowców (oby tylko fundusze im nie poznikały).

Coś więcej niż materiał

To właśnie specyficzna struktura, a nie skład chemiczny tworzywa decyduje o tym, że fale elektromagnetyczne zachowują się w niezwykły sposób. W tak zwanych metamateriałach elementy składowe mają rozmiary porównywalne z długością fali. W przypadku światła widzialnego chodzi o wielkości mierzone w nanometrach - setki razy mniejsze od średnicy ludzkiego włosa.

Do niedawna taka precyzja pozostawała poza naszym zasięgiem, a natura tylko sporadycznie mogła się nią pochwalić. Przykładem jest opal, kamień szlachetny, który dzięki mikroskopijnym kryształkom wywołującym interferencję światła mieni się wszystkimi kolorami tęczy. Teraz badania nad podobnymi strukturami przebojem wchodzą do optyki, przesuwając granice jej możliwości. Fizycy są w stanie produkować lepsze soczewki i urządzenia wykorzystywane na przykład w precyzyjnych technikach diagnostycznych - takich jak rezonans magnetyczny.

Metamateriały zdobyły serca naukowców, bo proste prawa fizyki trzeba przy nich stosować na opak. Światło (i inne fale elektromagnetyczne) rozchodzi się w każdym ośrodku z określoną prędkością - zawsze wolniej niż w próżni (np. na styku powietrza z wodą ta prędkość się zmienia i promienie ulegają załamaniu). Zdolność każdej substancji do spowalniania światła opisuje współczynnik załamania, który dla próżni wynosi jeden, a dla innych ośrodków jest zwykle większy. Okazuje się jednak, że ów współczynnik może być mniejszy, a nawet ujemny - właśnie w przypadku metamateriałów. Prawa klasycznej optyki ulegają wówczas odwróceniu - światło odbija się, zamiast załamywać, i załamuje, zamiast ulec odbiciu. W dodatku pokonuje dłuższe trasy, więc powstaje wrażenie, jakby poruszało się szybciej niż w próżni. Tego rodzaju niestandardowe zachowania dają naukowcom pole do popisu. Zastosowania tych zjawisk też mogą być niestandardowe.

Przenośna fatamorgana

Dzisiejszy "Science" zamieszcza dwie teoretyczne prace brytyjskich naukowców na temat niewidzialności. Autorzy pracujący niezależnie nad tym problemem zgadzają się, że trik polega tylko na dostrojeniu struktury materiału do długości fali. Żeby uzyskać odpowiednie prędkości światła, struktura powinna być wyjątkowo niejednorodna.

Zmienna gęstość powietrza wywołuje miraże na pustyni, ponieważ światło załamuje się i odbija na granicach między obszarem cieplejszym a chłodniejszym. Jeśli ośrodek składa się z wielu warstw o różnych współczynnikach załamania, promienie mogą wręcz zakręcać, zamiast biec po prostych liniach.

Te zjawiska można wykorzystać w produkcji peleryny niewidki. Współczynnik załamania powinien w niej zmieniać się stopniowo i poprowadzić światło dookoła zakrywanego obiektu. Po jego ominięciu promienie wrócą na pierwotne tory jak gdyby nigdy nic. Bez zakłóceń i odblasków.

Tym samym nie tylko sama peleryna będzie przezroczysta. Cała przestrzeń spowita tak przygotowanym materiałem nie będzie istnieć dla promieniowania o określonej częstotliwości. Promienie nie wnikną do środka (więc ze środka nic nie będzie widać - w pelerynie potrzebne będą dziurki na oczy). Prześlizgną się po ukrytym człowieku i nie pozostawią nawet cienia. Dla obserwatora przestrzeń osłonięta w ten sposób wydawać się będzie pusta. Wszystko pod peleryną będzie tym samym osłonięte przed oddziaływaniem z zewnątrz. Można w ten sposób stworzyć zabezpieczenia przed szkodliwym promieniowaniem albo - szczególnie w przypadku światła widzialnego - zapewnić sobie doskonały kamuflaż.

Teoretycznie niemożliwe, ale...

- Idealna niewidzialność nie jest możliwa - zastrzega Ulf Leonhardt ze szkockiego Uniwersytetu St. Andrews, autor jednej z opublikowanych prac. Jednak z drugiej strony niedoskonałości te mogą być znikome. Da się osiągnąć złudzenie, któremu trudno się oprzeć. Trzeba tylko dopracować szczegóły i popisać się koronkową robotą na poziomie kilkuset nanometrów.

Na potrzeby sztuczki iluzjonistycznej taki efekt można wprawdzie uzyskać taniej - za pomocą odpowiednio ustawionych luster. Ewentualnie zastosować japoński wynalazek sprzed trzech lat - pelerynę, na której przodzie wyświetlany jest obraz zza pleców owiniętego nią człowieka.

Tyle iluzjoniści. Fizycy, zamiast obchodzić problem, starali się go rozwiązać. - W ramach tego projektu zamaskować można dowolną rzecz, ponieważ pozostaje ona nienaruszona przez promieniowanie - podkreśla John B. Pendry z londyńskiego Imperial College, główny autor drugiego artykułu zamieszczonego w "Science". Jego zdaniem to tylko efektowny przykład jednego z wielu użytecznych zastosowań metamateriałów. W 2000 r. Pendry opisał supersoczewkę bazującą na tych samych tworzywach. Rok temu kalifornijscy naukowcy ogłosili, że udało się ją skonstruować i uzyskać obraz o niespotykanej dokładności. Teraz konstruują mikroskop wielokrotnie silniejszy od tradycyjnych.

Czy równie krótko będziemy czekać na pierwszą pelerynę niewidkę z prawdziwego zdarzenia? Oleg Gadomsky, rosyjski fizyk zajmujący się nanocząstkami, ogłosił w styczniu, że ją wyprodukował i opatentował. Niestety, dotąd poza nim nikt jej nie widział.