Invizibilitatea – cândva ficţiune, în curând realitate

Invizibilitatea de-a lungul istoriei

Conceptul invizibilităţii a fost menţionat pentru prima dată în mitologia greacă, în care reprezintă o armă a zeului Hades. Acesta foloseşte un coif ce-i permite să se facă invizibil pentru a ajuta zeii olimpieni să câştige bătălia cu titanii şi să preia astfel controlul asupra Universului. Acelaşi coif magic este folosit mai apoi de legendarul Perseu, care o ucide pe monstruoasa Medusa, gorgona ce transforma orice muritor în stană de piatră doar privindu-l.

• Coliziunile dintre stele lasă în urmă supraviețuitori ciudați, au descoperit astronomii
• Care sunt trăsăturile de personalitate ce cresc riscul de depresie?

O cască ce conferă puterea invizibilităţii apare şi în mitologia nordică, prin intermediul unui obiect capabil de a-l face invizibil pe acela care ce îl foloseşte, de data aceasta fiind vorba de o cască intitulată Huliðshjálmr. Tot în legendele germane, în epopeea Cântecul Nibelungilor, legendarul celebrul erou Sigurd foloseşte o mantie pentru a se face nevăzut. Richard Wagner s-a inspirat din aceste mituri pentru operele care compun celebra sa tetralogie Inelul Nibelungilor, în care casca invizibilităţii poartă numele de Tarnhelm.

Platon a folosit ideea invizibilităţii pentru a discuta despre morala umană. În Republica, celebra sa lucrare filozofică, Platon vorbeşte mitul lui Gyges, un păstor din Lydia care descoperă într-o peşteră un inel de aur ce îi oferă şansa de a se face nevăzut. Gyges profită de capacitatea de a deveni invizibil pentru a o seduce pe regina regatului, a-l ucide pe rege şi a-i lua locul. Platon foloseşte puterea invizibilităţii pentru a sugera că morala este un construct social, care există ca urmare a dorinţei persoanei de a-şi menţine reputaţia de om virtuos şi onest în cadrul societăţii. Dacă ar dispărea capacitatea de a-l sancţiona pe omul nevirtuos – spre exemplu, dacă acesta ar deveni invizibil – şi „morala” s-ar evapora.

Posibilitatea de a deveni invizibil a fost explorată şi în operele de ficţiune, cea mai cunoscută dintre acestea fiind „Omul invizibil”, publicată de H.G. Wells în 1897. Acesta scria despre un cercetător care a reuşit să-şi modifice indicele de refracţie al corpului, devenind astfel invizibil.

Şi Harry Potter, celebrul personaj de ficţiune ale cărui aventuri au fost imortalizate şi într-o populară serie de filme, reuşeşte să devină invizibil cu ajutorul unei pelerine magice.

De ce nu putem deveni invizibili

Dacă oamenii ar putea deveni cu adevărat invizibili, ei ar deveni orbi. De ce? Oamenii văd ca urmare a faptului că fotoreceptorii din retină (alcătuiţi din conuri şi bastonaşe) absorb lumina, formând o imagine a ceea ce se află în faţa lor. Dacă omul ar fi cu adevărat invizibil, lumina ar trece prin corpul uman fără a fi absorbită, astfel că nu ar putea vedea nimic.

De aceea, în multe opere de ficţiune, eroii care devin „invizibili” folosesc o mantie sau un costum care îi face imposibil de observat. Acelaşi principiu este aplicat şi de cercetătorii care încearcă să facă lucrurile nevăzute, toate experimentele acestora având la bază ideea de „cloaking” – camuflarea obiectului studiat astfel încât acesta să fie ca şi invizibil.

Camuflajul optic – primii paşi spre invizibilitate

De-a lungul timpului, războiul a fost factorul care a condus la cele mai mari eforturi depuse de om pentru a se face nevăzut. Primii paşi au fost făcuţi de armata britanică, care a renunţat la tunicile roşii la jumătatea secolului al XIX-lea pentru uniformele kaki (cuvânt din limba urdu, khaki, ce înseamnă „de culoarea ţărânei”).

Camuflajul militar a beneficiat de îmbunăţiri semnificative în ultimii 150 de ani, astăzi fiind populare aşa-numitele „camuflaje digitale”, cu tipare generate pe computer, ce s-au dovedit în teste a fi mult mai eficiente.

Cele mai recente inovaţii în domeniul camuflajului optic vin din Japonia, de la Universitatea din Tokyo. Cercetătorii de la Laboratoarele Tachi au conceput în 2003 un sistem de camuflaj ce foloseşte o cameră video ce filmează ceea ce se petrece în spatele „mantiei invizibilităţii”, datele fiind transmise către un proiector. Astfel, pe mantie se văd imaginile din spatele persoanei camuflate. Acest dispozitiv nu funcţionează însă decât în condiţii de laborator, iar iluzia funcţionează doar atunci când personajul camuflat este privit dintr-un anumit unghi.

Refracţia, cheia invizibilităţii?

Imediat după ce a publicat cartea „Omul invizibil”, vizionarul autor H.G. Wells a recunoscut că este imposibil ca ştiinţa să transforme opera sa în realitate.

Un alt autor de opere de ficţiune, Sir Arthur C. Clarke, a enunţat 3 legi ale previziunii, iar prima este următoarea: „Când om de ştiinţă un distins, dar în vârstă, afirmă că ceva este posibil, are aproape sigur dreptate. Când declară că ceva e imposibil, e foarte probabil să greşească”.

Legea enunţată de Clarke pare să se dovedească valabilă şi în cazul lui H.G. Wells. Recent, oamenii de ştiinţă au început să aplice acelaşi principiu folosit de Wells în „Omul invizibil” – modificarea indicelui de refracţie – pentru a face obiectele aproape imposibil de văzut.

Refracţia are loc atunci când o rază de lumină trece dintr-un mediu în altul (spre exemplu, din apă în aer), schimbându-şi direcţia de propagare. Gradul devierii razei luminoase depinde de indicele de refracţie, termen ce reprezintă raportul dintre viteza luminii în vid şi viteza luminii în acel mediu. Astfel, indicele de refracţie al apei este de 1,33, ceea ce înseamnă că în vid lumina se deplasează cu o viteză de 1,33 ori mai mare decât în apă.

Fizicianul rus Victor Veselago a publicat în 1967 o lucrare în care a demonstrat matematic că, atunci când permitivitatea electrică şi permeabilitatea magnetică ale unui material sunt simultan negative, indicele de refracţie al acestui material va fi de asemenea negativ – adică lumina ar fi deviată în afara materialului! În natură nu există niciun material care să aibă un indice de refracţie negativ, astfel că lucrarea sa a rămas neobservată mai bine de trei decenii.

Metamaterialele – o nouă promisiune în drumul spre invizibilitate

La finalul mileniului trecut, lucrarea lui Veselago a intrat în atenţia fizicienilor, care au început să o studieze în mod serios. La scurt timp după aceea, în 2002, s-a reuşit crearea a ceea ce părea a fi o idee SF: un metamaterial („meta” însemnând „dincolo de” în limba greacă) cu un indice de refracţie negativ.

Iniţial, numeroşi cercetători au respins rezultatele obţinute de creatorii metamaterialelor, afirmând că refracţia negativă este o iluzie, că este ceva ce violează legile fizicii – aşadar, ceva imposibil. Cu timpul, însă, existenţa lor a fost acceptată.

Indicele de refracţie negativ permite refractarea luminii în jurul unui obiect acoperit cu un astfel de metamaterial, acesta devenind, practic, invizibil pentru un observator extern. Primele metamateriale cu indice de refracţie negativ puteau refracta doar microundele.

În 2006, cercetătorii de la Universitatea Duke au reuşit pentru prima dată să folosească un metamaterial pentru a camufla un obiect, însă „invizibilitatea” funcţiona doar în cazul microundelor, nu şi în spectrul vizibil (ce poate fi detectat de ochiul uman).

Domeniul a cunoscut o dezvoltare spectaculoasă în ultimii ani, astfel că doar 3 ani mai târziu, în 2009, o echipă de cercetători a anunţat că a reuşit să camufleze un obiect mai aproape de spectrul vizual, în radiaţie infraroşu (adică într-o lungime de undă mai lungă decât cea a luminii vizibile, dar mai scurtă decât cea a microundelor).

Apoi, în 2010, cercetătorii de la Institutul de Tehnologie din Karlsruhe au reuşit să creeze o primă „mantie a invizibilităţii” tridimensională, care funcţiona cu lumină cu lungime de undă foarte aproape de cea vizibilă ochiului uman.

„Mantia invizibilităţii” creată de cercetătorii germani este cu mult mai subţire decât diametrul unui fir de păr uman, astfel că efectul nu este vizibil cu ochiul liber. Crearea unei mantii a invizibilităţii de dimensiunea unui om este dificilă, deoarece metamaterialele care funcţionează la lungimi de undă scurte, vizibile ochiului uman, trebuie confecţionate din elemente de câţiva nanometri. Dr. Tolga Ergin, conducătorul acestui proiect, a explicat că „pentru a concepe această mantie capabilă să camufleze o protuberanţă de 1 micrometru, a fost nevoie de folosirea unui laser timp de 3 ore. În teorie, mantia nu are limite, dar pentru a crea o mantie similară, capabilă să camufleze o suprafaţă de un milimetru, procesul ar dura foarte, foarte mult”.

Conceperea metamaterialelor cu indice de refracţie negativ pentru lumina vizibilă ochiului uman este mult mai dificilă, pentru că aceasta are o lungime de undă scurtă, iar materialele trebuie să cuprindă componente de o lungime mai mică decât cea a undei electromagnetice, măsurând astfel doar câţiva nanometri.

Cu toate acestea, în vara anului 2011, o echipă de cercetători finanţată de biroul de cercetare al armatei americane a anunţat că a reuşit, în premieră, să conceapă un metamaterial care camuflează obiectele în spectrul vizibil ochiului uman. Xiang Zhang, conducătorul studiului, a explicat că reuşita echipei coordonate de el este revoluţionară, chiar dacă obiectul camuflat era de dimensiunile unei globule roşii. „Dispozitivul demonstrează o capacitate de a camufla orice obiect, iar spre deosebire de demonstraţiile precedente, care funcţionau doar sub lumină infraroşie, experimentul nostru arată că invizibilitatea poate fi atinsă şi în spectrul vizibil ochiului uman”.

Unul dintre cei mai cunoscuţi fizicieni la ora actuală, Michio Kaku, a explicat de ce Pentagonul investeşte foarte mulţi bani în studiul invizibilităţii: „O mantie a invizibilităţii à la Harry Potter este foarte greu de obţinut, dar un cilindru al invizibilităţii în care un soldat să se poată ascunde ar putea deveni o realitate în câteva decenii”. Cum ar vedea soldaţii înconjuraţi de respectivul cilindru? Kaku sugerează folosirea a două plăci de sticlă de dimensiuni foarte mici, ce ar permite câtorva raze de lumină să pătrundă în ochiul soldatului, fără a elimina efectul de invizibilitate.

Tentaţia invizibilităţii face ca armata americană să investească tot mai mulţi bani în laboratoarele de cercercetare. Astfel, investiţiile fabuloase în acest domeniu, alături de progresul constant înregistrat în domeniul nano-producţiei promit ca, de-a lungul acestui secol, invizibilitatea să părăsească tărâmul ficţiunii, pentru a deveni realitate.

Citeste si:

Aproape invizibili