Áo "tàng hình" kiểu mới sắp được chế tạo?

Có thể làm cho ánh sáng chạy quanh một đối tượng và trở về quỹ đạo ban đầu, như thể không có gì ở vị trí đó cả. Để có được điều này, vật liệu bao phủ đối tượng phải có kết cấu được thiết kế rất chính xác. Cách đây chưa lâu, đây còn là chuyện viễn tưởng thuần tuý. Trong khi đó, loại vật liệu nói trên đã xuất hiện, và do vậy không có khó khăn gì về mặt kỹ thuật để chế tạo ra một chiếc áo khoác “tàng hình”, chẳng hạn giống như trong bộ phim về Hary Potter.

Chính kết cấu đặc biệt, chứ không phải thành phần hoá học của chất liệu, quyết định việc sóng điện từ “hành xử” theo “phong cách” khác thường.

Trong cái gọi là chất liệu meta, các thành tố có kích thước so sánh được với chiều dài bước sóng. Trong trường hợp sóng ánh sáng, thì đó là kích thước đo bằng nanômét – nhỏ hơn đường kính sợi tóc hàng trăm lần.

Cách đây chưa lâu, độ chính xác như vậy nằm ngoài tầm tay của chúng ta, còn trong thiên nhiên thì thỉnh thoảng mới gặp một số chất liệu có độ chính xác đó. Chẳng hạn như đá opal (ngọc mắt mèo) – một loại đá quý. Nhờ có những tinh thể gây ra hiện tượng giao thoa ánh sáng mà đá opal phân tán ánh sáng thành những màu sắc cầu vồng. Hiện tại, việc nghiên cứu những kết cấu tương tự đang trở thành trào lưu trong quang học. Các nhà vật lý đã có thể sản xuất ra những thấu kính và dụng cụ tốt hơn trong những kỹ thuật chẩn đoán chính xác, chẳng hạn như cộng hưởng từ.

Chất liệu mêta gây hứng thú cho các nhà vật lý, bởi vì những định luật vật lý phổ thông khi áp dụng đối với chất liệu này cho kết quả “trái ngược”. ánh sáng (và những sóng điện từ khác) truyền bá trong môi trường với vận tốc xác định, luôn nhỏ hơn vận tốc truyền bá trong chân không (chẳng hạn ở nơi tiếp giáp giữa không khí và nước, vận tốc này thay đổi và tia sáng bị “gãy”). Khả năng làm chậm vận tốc ánh sáng của mỗi một môi trường được xác định bởi chiết suất. Với chân không, chiết suất có giá trị là 1, còn với các môi trường khác thì chiết suất thường lớn hơn 1. Tuy nhiên, chính với chất liệu mêta thì chiết suất có thể nhỏ hơn 1, thậm chí mang giá trị âm. Định luật quang học cổ điển khi đó bị đảo ngược - ánh sáng phản xạ thay cho khúc xạ, và trái lại, lẽ ra phải phản xạ thì nó lại khúc xạ! Hơn nữa, ánh sáng trong chất liệu mêta phải vượt qua quãng đường dài hơn (so với trong chất liệu thường) và do vậy chúng ta có cảm giác rằng ánh sáng chuyển động nhanh hơn so với trong chân không. “Hành vi” không bình thường này của ánh sáng mở ra nhiều cơ hội cho các nhà khoa học sáng tạo. Sự ứng dụng của những hiện tượng không bình thường, do vậy, cũng rất khác thường.

Tạp chí “Science” số ra gần đây đã đăng tải hai công trình lý thuyết của các nhà khoa học Anh về chủ đề “vô hình”. Các tác giả, nghiên cứu độc lập với nhau, đã có cùng quan điểm rằng thủ thuật là ở việc điều chỉnh cấu trúc vật liệu sao cho hài hoà với chiều dài bước sóng. Để có được những vận tốc ánh sáng thích hợp, cấu trúc phải là không đồng nhất.

Sự thay đổi khối lượng riêng của không khí gây ra hiện tượng ảo ảnh trên sa mạc, bởi vì ánh sáng khúc xạ và phản xạ ở vùng biên giới giữa lớp khí nóng và lạnh hơn. Nếu như môi trường bao gồm nhiều lớp với những chiết suất khác nhau thì tia sáng có thể bị bẻ cong thay cho việc phát tán theo đường thẳng.

Hiện tượng nói trên có thể được ứng dụng để sản xuất “áo tàng hình”. Chiết suất của áo phải thay đổi dần dần và dẫn dắt ánh sáng chạy xung quanh đối tượng được che phủ. Sau khi đi qua đối tượng, các tia sáng lại quay trở về quỹ đạo ban đầu mà không hề bị xáo trộn và phản xạ.

Bằng cách này không chỉ riêng chiếc áo trở thành trong suốt. Toàn bộ phần không gian được bọc trong chất liệu mêta sẽ không tồn tại đối với những tia sáng có tần số xác định. Tia sáng không lọt vào bên trong (nhưng từ bên trong cũng không có gì thoát ra). Nó chỉ “trượt” qua người mặc “áo tàng hình” và không để lại bất kỳ dấu vết nào. Đối với người quan sát bên ngoài, phần không gian được bao bọc theo cách này dường như là trống rỗng. Tất cả dưới lớp áo sẽ được che chắn trước tác động từ bên ngoài. Bằng cách này có thể tạo ra vùng không gian an toàn trước những bức xạ nguy hiểm, hoặc trong trường hợp ánh sáng nhìn thấy – tạo ra một cách nguỵ trang tuyệt vời. Nhà khoa học Ulf Leonhardt thuộc trường ĐH St. Andrews ( Scotland ), tác giả của một trong hai công trình lý thuyết đăng tải trên tạp chí “Science”, cho biết: “Sự vô hình tuyệt đối là không khả thi. Tuy nhiên, từ một phương diện khác, sự không tuyệt đối này có thể giảm xuống rất nhỏ. Chỉ cần chuẩn bị thật kỹ càng các chi tiết và tiến hành công việc ở thang độ vài trăm nanômét”.

Trong thực tế, xảo thuật “tàng hình” có thể thực hiện bằng phương pháp tiết kiệm hơn, đó là nhờ những chiếc gương sắp xếp một cách hợp lý. Hoặc có thể sử dụng phát minh của người Nhật cách đây 3 năm: Chế tạo chiếc áo “tàng hình” bằng cách chiếu lên phần trước áo hình ảnh ở phía sau lưng người mặc.

Các nhà vật lý cố gắng giải quyết vấn đề theo cách khác. “Trong khuôn khổ dự án này, có thể che giấu bất kỳ vật gì, bởi vì vật đó không hề bị ảnh hưởng bởi ánh sáng”. Đó là khẳng định của John B.Pendry (trường Cao đẳng Hoàng gia London ), tác giả chính của bài báo thứ hai đăng tải trên “Science”. Theo ông, áo “tàng hình” chỉ là một trong nhiều ứng dụng hữu ích của vật liệu mêta. Vào năm 2000, Pendry đã mô tả một thứ siêu thấu kính dựa trên vật liệu này. Năm ngoái, các nhà khoa học ở California thông báo rằng họ đã thiết kế thành công siêu thấu kính đó và đã dùng nó để thu nhận hình ảnh với độ nét cực cao. Hiện tại họ đang thiết kế một kính hiển vi có độ phóng đại lớn hơn nhiều lần so với những kính hiển vi truyền thống.

Liệu sắp tới đây, sẽ xuất hiện chiếc áo “tàng hình” thật sự đầu tiên? Vào tháng giêng năm nay, nhà vật lý Oleg Gadomski, người Nga, đã thông báo rằng ông sẽ chế tạo ra nó và đăng ký bản quyền. Đáng tiếc là sau đó, mọi việc dường như lắng dần xuống…

Nguồn: Science, gdtd.com.vn, số 67, 05/06/2006