Kürzlich haben uns Wissenschaftsautoren die dritte Gewissheit des Lebens eingeführt, direkt hinter dem Tod und den Steuern: Jeder, der über unsichtbare Technologie berichtet, muss Harry Potter erwähnen.
Nachdem ich dieser Verpflichtung nachgekommen bin, gebe ich mit nicht geringem Stolz bekannt, dass ich noch nie eines der Bücher gelesen habe, in denen dieser junge Zauberer vorkommt. Aber anscheinend besitzt der Junge einen Umhang, der ihn unsichtbar macht, und die oben genannten Schriftsteller überlegen gern, ob dieser fantastische Charakter nach den Tatsachenregeln der Wissenschaft spielt. Ich möchte lieber wissen, wann wir Master Potter außer Sichtweite bringen können und daher außer Verstand sind.
Wenn ich ein Objekt verstecken möchte, z. B. ein beliebtes Fantasy-Buch in der Mitte eines Anzeigetisches, habe ich einige Optionen. Ich kann es stehlen, wenn ich denke, dass niemand hinschaut. Oder, wenn ich meine Wohnung dem Gefängnis vorziehe, kann ich das Buch mit einer Art Umhang bedecken, so dass der Tisch einfach leer erscheint.
Dazu muss ich das Licht manipulieren, das über den Tisch strömt, als würde es über ein kariertes Verkehrsnetz fahren. Licht ganz zu stoppen wäre ziemlich schwierig. Stattdessen kann ich dieses Raster neu routen und die Länge des Pfadlichts ändern - und dabei ändern, was es beleuchtet.
Stellen Sie sich Licht als ein Auto vor, das auf einer der Linien in diesem Verkehrsnetz fährt. Ihr Ziel ist es, von einem Ende des Tisches zum anderen zu gelangen. Wenn es die Mitte erreicht, beleuchtet es das Buch.
Angenommen, jemand legt einen Kreisverkehr in die Mitte des Gitters. In diesem Fall muss unser Kleinwagen um das Zentrum fahren und das Buch verfehlen. In diesem Szenario würde das Licht zwar immer noch das andere Ende des Tisches erreichen, den Bestseller-Assistenten in der Mitte jedoch nicht treffen.
Das Ändern des Lichtwegs ist jedoch etwas schwieriger als das Ausweichen eines Autos. Elektromagnetische Wellen wie Licht folgen starr dem ursprünglichen, karierten Verkehrsnetz. Materialien, die den Weg des Lichts verändern können, gibt es in der Natur mit wenigen Ausnahmen nicht. Mit der neuen Technologie können Ingenieure winzige Verkehrspolizisten, sogenannte Metamaterialien, erzeugen, die das Licht in abnormale Richtungen biegen. Derzeit bestehen diese Metamaterialien aus winzigen Metallspulen und -stäben.
Von hier aus ist die Blaupause für das Entwerfen eines Unsichtbarkeitsmantels klar. Schritt eins: Montieren Sie diese Metamaterialien mit einer Öffnung in der Mitte. Schritt zwei: Legen Sie das gewünschte Buch in diese Öffnung. Schritt drei: Sehen - oder nicht sehen - Licht wirbeln direkt um das mit Brillen versehene Phänomen.
Egal, von wo aus eine Person zuschaut, der Effekt ist wahr: Sobald das Licht seinen Umweg um den Umhang herum vollendet hat, nimmt es einen normalen gitterartigen Pfad wieder auf und sieht aus, als wäre es nie abgeirrt.
Wissenschaftler haben diese Idee getestet, indem sie ein Objekt innerhalb eines solchen Mantels platziert und Mikrowellenlicht in seine Richtung abgefeuert haben. Wenn sie räumliche Daten auf den Mikrowellen sammelten, erzeugten die Informationen ein Bild, das aussah, als hätte sich das Licht auf seinem Weg ungehindert fortgesetzt.
Hier stoßen wir jedoch auf ein wenig Frust. Mikrowellenlicht kann nichts erkennen, das kleiner als seine Wellenlänge ist (etwa 1 Zoll), wie z. B. Metamaterialien. Aber die Leute sehen nicht in der Mikrowelle. Wir sehen Farben mit viel kleineren Wellenlängen im Nanometerbereich. Um ein Objekt vor dem menschlichen Sehen zu verbergen, müssten Metamaterialien verwendet werden, die erheblich kleiner sind als die derzeitige Größe.
Das Problem wird schlimmer. Damit sich das Licht um den Umhang herum bewegt und seinen ursprünglichen Weg wieder einnimmt, muss es sich für einen kurzen Moment schneller als mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. Wissenschaftler können diesen Schub mit einer einzigen Lichtfrequenz erzielen, aber das System bricht zusammen, wenn mehrere Farben betroffen sind. Also, während es möglich sein könnte, etwas Gelb in dem gestreiften Schal des jungen Potters zu maskieren, würde das Rot bedauerlicherweise bleiben.
Um Licht um einen Umhang zu lenken, müssen Metamaterialien präzise platziert werden. Das ist in Ordnung, wenn wir ein stationäres Objekt verkleiden möchten, es jedoch äußerst schwierig macht, ein sich bewegendes Objekt unsichtbar zu halten - ein Problem, wenn man bedenkt, wie schnell diese Bücher vom Regal fliegen.
Wir haben es also mit einem unglücklichen Catch-22 zu tun (ein Buch, das wir niemals zu verbergen wagen würden): Wir können hoffen, dass unsichtbare Technologie effizienter wird, aber wenn dies der Fall ist, müssen wir die unvermeidlichen wissenschaftlichen Artikel akzeptieren, in denen auf Sie Bezug genommen wird und Sie wissen, wer .
Der wahre Wunschdenker hinter dieser Kolumne war der Ingenieur David R. Smith von der Duke University, dessen größter Akt der Unsichtbarkeit darin bestehen könnte, wie er die Frage umgeht, wann wir einen voll funktionsfähigen Umhang haben.
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