 |
| Απόκρυψη μιας περιοχής του χώρου από τον κβαντικό κόσμο και ως εκ τούτου και από την ίδια την πραγματικότητα |
Οι «μανδύες αορατότητας» βρίσκονται τελευταία στην ημερήσια διάταξη.
(για παράδειγμα διαβάστε: 1. Χρονικός μανδύας αορατότητας – 2. Bίντεο: μια απλή κατασκευή μανδύα αορατότητας )
Τώρα οι Jeng Lee Yi και Ray-Kuang Lee από το Πανεπιστήμιο της Ταϊβάν προωθούν την ιδέα της αορατότητας στο έσχατο όριό της. Αυτοί οι ερευνητές ασχολούνται με το πώς θα κατασκευαστεί ένας κβαντικός μανδύας αορατότητας. Πρόκειται για μανδύες που κρύβουν αντικείμενα από τις κβαντικές ιδιότητες του εξωτερικού κόσμου. Όχι τους γνωστούς μας μανδύες αορατότητας, αλλά μανδύες αορατότητας από τον πραγματικό κόσμο.
Η ιδέα τους στην ουσία είναι απλή. Η αρχή λειτουργίας του συνήθους μανδύα αορατότητας βασίζεται στην εκτροπή του φωτός γύρω από την περιοχή του προς εξαφάνιση αντικειμένου έτσι ώστε να μην φαίνεται πως βρίσκεται εκεί. Η μαθηματική προσέγγιση που περιγράφει το φαινόμενο αυτό ονομάζεται οπτικός μετασχηματισμός. Ξεκινά με τις εξισώσεις (Maxwell) που διέπουν την συμπεριφορά του φωτός που διαδίδεται στον χώρο.
Ένας τρόπος με τον μπορούμε να φανταζόμαστε το φως, είναι σαν ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο που διαδίδεται στον χώρο. Στον οπτικό μετασχηματισμό αυτό το πεδίο μπορεί να τεντωθεί και να συμπιεστεί, όπως ένα λαστιχένιο φύλλο που διέρχεται μέσα από ορισμένα είδη υλικών. Ο σκοπός είναι να κατασκευαστεί αυτό το υλικό, έτσι ώστε το «φύλλο» τα τεντώνεται με τέτοιο τρόπο, ώστε να παρακάμπτει τις υπό εξαφάνιση περιοχές του χώρου.
Η προσέγγιση που αναπτύχθηκε από τους Jeng Yi και Ray-Kuang είναι μαθηματικά ταυτόσημη με την παραπάνω. Αλλά αντί να ξεκινήσουν από τις εξισώσεις Maxwell, ξεκίνησαν από την εξίσωση Schrodinger, από την οποία προκύπτει η πιθανότητα για ένα σωματίδιο να βρίσκεται σε κάποια περιοχή του χώρου.
Η ιδέα τους ήταν να αντιμετωπιστεί αυτή η πιθανότητα σαν ένα λαστιχένιο φύλλο που μπορεί να τεντωθεί και να συμπιεστεί. Έτσι, ο στόχος για τον σχεδιασμό ενός κβαντικού μανδύα αορατότητας, είναι πάλι το τέντωμα αυτού του «φύλλου» με τέτοιο τρόπο, ώστε να παρακάμπτεται μια περιοχή του χώρου, οπότε η πιθανότητα εύρεσης ενός σωματιδίου μέσα σ’ αυτή την περιοχή να είναι μηδέν.
Ουσιαστικά, σχεδιάστηκε ένας μανδύας που προστατεύει το περιεχόμενό του από την πραγματικότητα.
Όμως υπάρχουν αρκετές σημαντικές προειδοποιήσεις. Η πρώτη είναι ότι η ασπίδα μπορεί να σχεδιαστεί έτσι ώστε να κρύβει αντικείμενα από συγκεκριμένη μορφή της εξίσωσης Schrodinger που περιγράφει ηλεκτρόνια για παράδειγμα. Έτσι αυτός ο μανδύας αορατότητας καλύπτει μια περιοχή το χώρου από τις κβαντικές ιδιότητες των ηλεκτρονίων και όχι κατ΄ ανάγκη από άλλα πράγματα.
Συνεπώς ένας τέτοιος μανδύας αορατότητας θα παρέχει κάλυψη μόνο από συγκεκριμένες πτυχές της πραγματικότητας και όχι από το σύνολό της.
Ένα άλλο σημαντικό σημείο είναι ότι η εργασία αυτή είναι εντελώς θεωρητική. Οι Jeng Yi και Ray-Kuang περιγράφουν θεωρητικά ένα νανοφλοιό, που αποκρύπτει το εσωτερικό μιας περιοχή του χώρου, έτσι ώστε να μην αλληλεπιδρά με την ύλη που βρίσκεται γύρω απ’ αυτή.
Αυτή η προσέγγιση δείχνει ότι η ιδέα είναι καταρχήν δυνατή σε νανοκλίμακα.
Η μεγάλη πρόκληση βέβαια είναι να βρεθεί τρόπος εφαρμογής αυτής της ιδέας και η κατασκευή του κβαντικού μανδύα αορατότητας. Οι Jeng Yi και Ray-Kuang ισχυρίζονται πως είναι δυνατή η κατασκευή χρησιμοποιώντας τεχνολογίες ημιαγωγών.
Προς το παρόν, θα μπορούσε να πει κανείς, πως η χρησιμότητα του κβαντικού μανδύα αορατότητας, είναι η αποθήκευση ή επεξεργασία κβαντικής πληροφορίας.
Η πρώτη δημοσίευση που εξέταζε την ιδέα του μανδύα αορατότητας εμφανίστηκε στις 25 Μαΐου 2006 [«Controlling Electromagnetic Fields» J. B. Pendry, D. Schurig, D. R. Smith] και η δημοσίευση που περιγράφει την πρώτη κατασκευή του εμφανίστηκε στις 19 Οκτωβρίου του ίδιου έτους [«Metamaterial Electromagnetic Cloak at Microwave Frequencies», D. Schurig et al].
Να περιμένουμε λοιπόν την κατασκευή του κβαντικού μανδύα αορατότητας πριν από το τέλος του 2013;
ΠΗΓΕΣ:
«Quantum Invisibility Cloak Hides Objects from Reality»: www.technologyreview.com
«Hide the interior region of core-shell nanoparticles with quantum invisible cloak», Jeng Yi Lee, Ray-Kuang Lee: http://arxiv.org/abs/1306.2120
http://physicsgg.me/(για παράδειγμα διαβάστε: 1. Χρονικός μανδύας αορατότητας – 2. Bίντεο: μια απλή κατασκευή μανδύα αορατότητας )
Τώρα οι Jeng Lee Yi και Ray-Kuang Lee από το Πανεπιστήμιο της Ταϊβάν προωθούν την ιδέα της αορατότητας στο έσχατο όριό της. Αυτοί οι ερευνητές ασχολούνται με το πώς θα κατασκευαστεί ένας κβαντικός μανδύας αορατότητας. Πρόκειται για μανδύες που κρύβουν αντικείμενα από τις κβαντικές ιδιότητες του εξωτερικού κόσμου. Όχι τους γνωστούς μας μανδύες αορατότητας, αλλά μανδύες αορατότητας από τον πραγματικό κόσμο.
Η ιδέα τους στην ουσία είναι απλή. Η αρχή λειτουργίας του συνήθους μανδύα αορατότητας βασίζεται στην εκτροπή του φωτός γύρω από την περιοχή του προς εξαφάνιση αντικειμένου έτσι ώστε να μην φαίνεται πως βρίσκεται εκεί. Η μαθηματική προσέγγιση που περιγράφει το φαινόμενο αυτό ονομάζεται οπτικός μετασχηματισμός. Ξεκινά με τις εξισώσεις (Maxwell) που διέπουν την συμπεριφορά του φωτός που διαδίδεται στον χώρο.
Ένας τρόπος με τον μπορούμε να φανταζόμαστε το φως, είναι σαν ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο που διαδίδεται στον χώρο. Στον οπτικό μετασχηματισμό αυτό το πεδίο μπορεί να τεντωθεί και να συμπιεστεί, όπως ένα λαστιχένιο φύλλο που διέρχεται μέσα από ορισμένα είδη υλικών. Ο σκοπός είναι να κατασκευαστεί αυτό το υλικό, έτσι ώστε το «φύλλο» τα τεντώνεται με τέτοιο τρόπο, ώστε να παρακάμπτει τις υπό εξαφάνιση περιοχές του χώρου.
Η προσέγγιση που αναπτύχθηκε από τους Jeng Yi και Ray-Kuang είναι μαθηματικά ταυτόσημη με την παραπάνω. Αλλά αντί να ξεκινήσουν από τις εξισώσεις Maxwell, ξεκίνησαν από την εξίσωση Schrodinger, από την οποία προκύπτει η πιθανότητα για ένα σωματίδιο να βρίσκεται σε κάποια περιοχή του χώρου.
Η ιδέα τους ήταν να αντιμετωπιστεί αυτή η πιθανότητα σαν ένα λαστιχένιο φύλλο που μπορεί να τεντωθεί και να συμπιεστεί. Έτσι, ο στόχος για τον σχεδιασμό ενός κβαντικού μανδύα αορατότητας, είναι πάλι το τέντωμα αυτού του «φύλλου» με τέτοιο τρόπο, ώστε να παρακάμπτεται μια περιοχή του χώρου, οπότε η πιθανότητα εύρεσης ενός σωματιδίου μέσα σ’ αυτή την περιοχή να είναι μηδέν.
Ουσιαστικά, σχεδιάστηκε ένας μανδύας που προστατεύει το περιεχόμενό του από την πραγματικότητα.
Όμως υπάρχουν αρκετές σημαντικές προειδοποιήσεις. Η πρώτη είναι ότι η ασπίδα μπορεί να σχεδιαστεί έτσι ώστε να κρύβει αντικείμενα από συγκεκριμένη μορφή της εξίσωσης Schrodinger που περιγράφει ηλεκτρόνια για παράδειγμα. Έτσι αυτός ο μανδύας αορατότητας καλύπτει μια περιοχή το χώρου από τις κβαντικές ιδιότητες των ηλεκτρονίων και όχι κατ΄ ανάγκη από άλλα πράγματα.
Συνεπώς ένας τέτοιος μανδύας αορατότητας θα παρέχει κάλυψη μόνο από συγκεκριμένες πτυχές της πραγματικότητας και όχι από το σύνολό της.
Ένα άλλο σημαντικό σημείο είναι ότι η εργασία αυτή είναι εντελώς θεωρητική. Οι Jeng Yi και Ray-Kuang περιγράφουν θεωρητικά ένα νανοφλοιό, που αποκρύπτει το εσωτερικό μιας περιοχή του χώρου, έτσι ώστε να μην αλληλεπιδρά με την ύλη που βρίσκεται γύρω απ’ αυτή.
Αυτή η προσέγγιση δείχνει ότι η ιδέα είναι καταρχήν δυνατή σε νανοκλίμακα.
Η μεγάλη πρόκληση βέβαια είναι να βρεθεί τρόπος εφαρμογής αυτής της ιδέας και η κατασκευή του κβαντικού μανδύα αορατότητας. Οι Jeng Yi και Ray-Kuang ισχυρίζονται πως είναι δυνατή η κατασκευή χρησιμοποιώντας τεχνολογίες ημιαγωγών.
Προς το παρόν, θα μπορούσε να πει κανείς, πως η χρησιμότητα του κβαντικού μανδύα αορατότητας, είναι η αποθήκευση ή επεξεργασία κβαντικής πληροφορίας.
Η πρώτη δημοσίευση που εξέταζε την ιδέα του μανδύα αορατότητας εμφανίστηκε στις 25 Μαΐου 2006 [«Controlling Electromagnetic Fields» J. B. Pendry, D. Schurig, D. R. Smith] και η δημοσίευση που περιγράφει την πρώτη κατασκευή του εμφανίστηκε στις 19 Οκτωβρίου του ίδιου έτους [«Metamaterial Electromagnetic Cloak at Microwave Frequencies», D. Schurig et al].
Να περιμένουμε λοιπόν την κατασκευή του κβαντικού μανδύα αορατότητας πριν από το τέλος του 2013;
ΠΗΓΕΣ:
«Quantum Invisibility Cloak Hides Objects from Reality»: www.technologyreview.com
«Hide the interior region of core-shell nanoparticles with quantum invisible cloak», Jeng Yi Lee, Ray-Kuang Lee: http://arxiv.org/abs/1306.2120
