ZNIKAJĄCY CYLINDER

"Peleryna niewidka Harry'ego Pottera staje się rzeczywistością", "Niewidzialność w zasięgu ręki!". Takie sensacyjne nagłówki pojawiły się w gazetach w połowie zeszłego roku, obwieszczając wyniki badań zespołu naukowców z Duke University w Północnej Karolinie oraz z Imperial College w Londynie. Tamtejszym fizykom rzeczywiście udało się dokonać rzeczy niezwykłej - sprawić, by miedziany cylinder stał się niewidoczny. Oczywiście prasa nieco przesadziła - od osiągnięć Amerykanów do wymarzonej niewidzialności droga wciąż daleka, ale pierwsze kroki zostały poczynione. Ściślej rzecz biorąc, ów cylinder nie zniknął z oczu badaczy, lecz jedynie z ekranu detektora promieniowania mikrofalowego. Nie udało się też ukryć cylindra zupełnie bez śladu - pozostał jego widoczny cień i niewyraźny kształt. Był to jednak pierwszy sukces i to już w pięć miesięcy po opracowaniu teoretycznych podstaw eksperymentu. Niezły wynik, zważywszy, że Platon na cztery wieki przed Chrystusem rozważał zjawisko niewidzialności, a motyw ten pojawia się od tysięcy lat w mitach całego świata. Jak to jednak możliwe, by coś, co istnieje, przestało być widoczne? Najpierw ustalmy, dlaczego cokolwiek widzimy.

ZAŁAMANIA ŚWIATŁA

Ludzkie oko reaguje na światło widzialne - promieniowanie, którego fale mają długość od 400 (fiolet) do 700 (czerwień) nanometrów (milionowych części milimetra). Gdy spoglądamy na jakiś obiekt, promienie światła od niego odbite docierają do światłoczułej części naszego oka, siatkówki. Tu powstają impulsy elektryczne, przesyłane dalej do mózgu. Może więc wystarczyłoby owinąć się prześcieradłem z tkaniny nieodbijającej światła? Za jej namiastkę (choć bardzo niedoskonałą) mógłby posłużyć aksamit w kolorze głębokiej czerni, jednak nie oszukujmy się - owinięta nim od stóp do głów osoba wyraźnie odcinałaby się na tle barwnego otoczenia.

Istotą czapki niewidki jest co innego: trzeba sprawić, by obserwator widział to, co normalnie ukrywany przedmiot zasłania. Najlepiej, by promienie przeniknęły przez ukrywany obiekt niczym przez czystą szybę. To jednak wydaje się niemożliwe - nie umiemy sprawić, by drewno, ludzkie ciało czy metal zmieniły swoją strukturę i stały się przezroczyste. Pomysł naukowców z Duke University i Imperial College jest inny - skoro promieniowanie nie może przez coś przeniknąć, to niech elegancko ominie przedmiot. Sami badacze porównują swoją koncepcję do wody płynącej w strumieniu. Gdy ciecz napotka kamień, opływa go z obu stron, za przeszkodą łączy się i płynie dalej. Człowiek obserwujący nurt kilka metrów dalej nie będzie w stanie stwierdzić, że woda opłynęła kamień - nie pozostał już bowiem na niej ślad tego zdarzenia.

W doświadczeniu próbowano więc zmusić promieniowanie mikrofalowe, by zachowało się jak ciecz i "opłynęło" miedziany walec. Z drugiej strony wiadomo, że światło i inne promienie rozchodzą się tylko po liniach prostych. Jak więc "owinąć" je wokół czegoś? Oczywiście nikt nie próbował ominąć praw fizyki. Zamiast tego udało się je sprytnie nagiąć. Otóż światło i inne promieniowanie można poprowadzić po dowolnej linii, wykorzystując zupełnie normalne zjawiska odbicia i załamania.Załamanie świetnie widać, gdy zanurzymy w czystym jeziorze patyk - w miejscu wejścia do wody będzie wyglądał na złamany. Światło nieco zmienia swą prędkość i kierunek, przechodząc z rzadkiego powietrza do gęstej wody.

Pomysł naukowców był genialnie prosty: pokryjmy obiekt, który chcemy ukryć, cienką warstewką materiału, w którym współczynnik załamania swiatła zmienia się od miejsca do miejsca i to w ściśle określony sposób - dokładnie w taki, aby zmusić promienie świetlne do omijania ukrytego przedmiotu. Cel ten można osiągnąć, bardzo precyzyjnie projektując mikrostrukturę tego tzw. metamateriału, "szyjąc go" niejako na miarę potrzeb. Do konstrukcji prototypowej czapki niewidki, mającej ukryć miedziany walec, użyto finezyjnej konstrukcji z małych prętów i pierścieni - również miedzianych. I udało się! Mikrofale opłynęły walec niczym woda i uczyniły go prawie niewidzialnym: patrząc w jego kierunku zobaczylibyśmy to, co jest za nim. Niestety - stałoby sie tak jedynie wtedy, gdyby nasze oczy mogły widzieć w promieniowaniu mikrofalowym o długości 3,5 cm. Oczywiście jest jedno "ale" - to, co możliwe w przypadku promieniowania mikrofalowego niekoniecznie musi się sprawdzić, gdy będziemy mieli do czynienia ze światłem widzialnym. Długość mikrofal to kilka centymetrów, światła widzialnego - miliony razy mniej. By zapanować nad mikrofalami, wystarczą struktury stworzone z dokładnością kilku milimetrów, w przypadku światła muszą to być pojedyncze nanometry. Fizycy studzą emocje rozbudzone przez sensacyjne doniesienia, mówiąc, że choć teoretycznie stworzenie peleryny niewidki jest możliwe, to droga do niej jeszcze długa, a sukces wciąż niepewny.