“隐形帽”仍然是隐形的
一系列“隐形斗篷”中最新的一款是出生于罗切斯特大学的（1），它使用了适当的光学系统。 然而，怀疑论者称其为某种幻觉技巧或特殊效果，其中巧妙的透镜系统折射光线并欺骗观察者的视力。
这背后有一些相当高级的数学——科学家需要用它来找到如何设置两个透镜，以便光线以这样的方式折射，从而可以将物体直接隐藏在它们后面。 该解决方案不仅在直视镜头时有效 - 15 度或其他角度就足够了。
1. 来自罗切斯特大学的“隐形帽”。
它可用于汽车中，以消除镜子或手术室中的盲点，使外科医生能够通过双手进行观察。 这是一系列关于 隐形技术近年来出现在我们身边。
2012年，我们已经听说过美国杜克大学的“隐形帽”。 只有最好奇的读到它是关于在微波光谱的一个微小片段中一个小圆柱体的不可见性。 一年前，杜克大学的官员报告了声纳隐身技术，这在某些圈子里似乎很有前景。
不幸的是，它是 隐身 只是从某个角度，在一个狭窄的范围内，这使得该技术几乎没有用处。 2013 年，杜克大学不知疲倦的工程师提出了一种 3D 打印设备，该设备可以用结构中的微孔伪装放置在内部的物体 (2)。 然而，这再次发生在有限的波浪范围内，并且仅从某个角度来看。
在互联网上发布的照片中，加拿大公司 Hyperstealth 的斗篷看起来很有前途，它在 2012 年以有趣的名称 Quantum Stealth (3) 进行了广告宣传。 不幸的是，工作原型从未被演示过，也没有解释过它是如何工作的。 该公司将安全问题作为原因，并神秘地报告说它正在为军方准备该产品的秘密版本。
前置显示器，后置摄像头
第一个现代隐形帽» 十年前由日本工程师 Prof. 东京大学的Susumu Tachi。 他使用了一个摄像头，位于一名身穿外套的男子身后，同时也是一个监视器。 来自后置摄像头的图像被投射到它上面。 斗篷人是“隐形的”。 BAE Systems (4) 在过去十年推出的 Adaptiv 车辆伪装装置使用了类似的技巧。
它会在坦克装甲上“从后面”显示红外图像。 这种机器在瞄准装置中根本看不到。 遮蔽物体的想法在 2006 年形成。 伦敦帝国理工学院的 John Pendry、杜克大学的 David Schurig 和 David Smith 在《科学》杂志上发表了“变换光学”理论，并介绍了它在微波（比可见光更长的波长）的情况下是如何工作的。
2. 一个“隐形帽”，以三维打印。
在适当的超材料的帮助下，电磁波可以弯曲以绕过周围物体并返回其当前路径。 表征介质一般光学反应的参数是折射率，它决定了光在这种介质中的移动速度比真空慢多少倍。 我们将其计算为相对电导率和磁导率乘积的根。
相对电导率； 确定给定物质中的电相互作用力比真空中的相互作用力小多少倍。 因此，它是衡量物质内的电荷对外部电场的反应强度的量度。 大多数物质具有正的介电常数，这意味着物质改变的场仍然与外部场具有相同的含义。
与在具有相同外部磁场源的真空中存在的磁场相比，相对磁导率 m 决定了在充满给定材料的空间中磁场如何变化。 对于所有天然存在的物质，相对磁导率都是正的。 对于玻璃或水等透明介质，这三个量都是正数。
然后光，从真空或空气（空气参数与真空仅略有不同）进入介质，根据折射定律折射，入射角的正弦与折射角的正弦之比为等于该介质的折射率。 该值小于零； m 表示介质内的电子沿与电场或磁场产生的力相反的方向移动。
这正是金属中发生的情况，其中自由电子气经历了自己的振荡。 如果电磁波的频率不超过电子的这些自然振荡的频率，那么这些振荡会有效地屏蔽波的电场，以至于它们不允许它深入金属，甚至产生相反方向的场到外场。
结果，这种材料的介电常数为负。 由于无法深入金属，电磁辐射从金属表面反射，金属本身获得了特有的光泽。 如果两种类型的介电常数都是负的怎么办？ 这个问题是 1967 年由俄罗斯物理学家 Viktor Veselago 提出的。 事实证明，这种介质的折射率为负，光的折射方式与通常的折射定律完全不同。
5. 超材料表面的负折射——可视化
然后电磁波的能量向前传递，但电磁波的最大值向与脉冲形状和传递能量相反的方向移动。 自然界中不存在这样的材料（不存在具有负导磁率的物质）。 只有在上述 2006 年的出版物和随后几年创建的许多其他出版物中，才有可能描述并因此构建具有负折射率的人造结构 (5)。
它们被称为超材料。 希腊语前缀“meta”的意思是“之后”，也就是说，这些是由天然材料制成的结构。 超材料通过构建模拟材料磁性或电气特性的微型电路来获得所需的特性。 许多金属具有负电导率，因此为产生负磁响应的元素留出空间就足够了。
代替均质金属，许多以立方网格形式排列的细金属线连接到绝缘材料板上。 通过改变导线的直径和它们之间的距离，可以调整结构将具有负电导率的频率值。 为了在最简单的情况下获得负磁导率，该设计由两个由良导体（例如金、银或铜）制成的断环组成，并由一层另一种材料隔开。
这样的系统被称为裂环谐振器——英文缩写为 SRR。 开口环谐振器 (6)。 由于环之间的间隙和距离，它具有一定的电容，就像电容器一样，并且由于环是由导电材料制成的，因此它也具有一定的电感，即产生电流的能力。
来自电磁波的外部磁场的变化导致电流在环中流动，并且该电流产生磁场。 事实证明，通过适当的设计，系统产生的磁场与外部磁场方向相反。 这导致包含这些元素的材料的负磁导率。 通过设置超材料系统的参数，可以在相当宽的波频率范围内获得负磁响应。
元建筑
设计者的梦想是建立一个系统，其中波浪将理想地围绕物体流动（7）。 2008 年，加州大学伯克利分校的科学家在历史上首次创造出对可见光和近红外光具有负折射率的 XNUMXD 材料，将光向与其自然方向相反的方向弯曲。 他们通过将银与氟化镁结合创造了一种新的超材料。
然后将其切成由微型针组成的矩阵。 已在 1500 nm（近红外）波长处观察到负折射现象。 2010 年初，卡尔斯鲁厄理工学院的 Tolga Ergin 和伦敦帝国理工学院的同事创建了 无形 光幕。 研究人员使用了市场上可用的材料。
他们使用放置在表面上的光子晶体来覆盖金板上的微观突起。 因此，超材料是由特殊镜片制成的。 板上凸块对面的透镜的位置使得通过偏转部分光波，它们消除了凸块上的光散射。 通过在显微镜下观察该板，使用波长接近可见光的光，科学家们看到了一个平板。
后来，杜克大学和伦敦帝国理工学院的研究人员能够获得微波辐射的负反射。 为了获得这种效果，超材料结构的各个元素必须小于光的波长。 因此，这是一项技术挑战，需要生产与它们应该折射的光波长相匹配的非常小的超材料结构。
可见光（紫色到红色）的波长为 380 到 780 纳米（一纳米是十亿分之一米）。 来自苏格兰圣安德鲁斯大学的纳米技术专家前来救援。 他们得到了一层网格极其密集的超材料。 新物理学杂志的页面描述了一种能够弯曲约 620 纳米（橙红色光）波长的 metaflex。
2012 年，德克萨斯大学奥斯汀分校的一组美国研究人员使用微波想出了一个完全不同的技巧。 直径为 18 cm 的圆柱体涂有负阻抗等离子材料，可以控制特性。 如果它具有与隐藏物体完全相反的光学特性，它就会产生一种“负片”。
因此，两个波重叠，物体变得不可见。 因此，这种材料可以弯曲几个不同频率范围的波，使它们在物体周围流动，在物体的另一侧会聚，外部观察者可能不会注意到这一点。 理论概念正在成倍增加。
大约十二个月前，Advanced Optical Materials 发表了一篇关于中佛罗里达大学科学家可能进行的开创性研究的文章。 谁知道他们是否未能克服对“隐形帽子» 由超材料制成。 根据他们公布的信息，物体在可见光范围内消失是可能的。
7. 在不可见物体上弯曲光线的理论方法
Debashis Chanda 和他的团队描述了使用具有三维结构的超材料。 多亏了所谓的，才有可能得到它。 纳米转移印刷（NTP），生产金属介电胶带。 可以通过纳米工程方法改变折射率。 必须使用电磁共振方法在材料的三维表面结构中控制光传播路径。
科学家们对他们的结论非常谨慎，但从他们的技术描述中可以清楚地看出，这种材料的涂层能够在很大程度上偏转电磁波。 此外，获得新材料的方式允许大面积生产，这导致一些人梦想着战斗机被这种伪装覆盖，从而为他们提供 隐身 完成，从雷达到日光。
使用超材料或光学技术的隐藏装置不会导致物体的实际消失，而只会导致它们对检测工具不可见，也许很快就会对眼睛不可见。 然而，已经有更激进的想法。 国立台湾清华大学的 Jeng Yi Lee 和 Ray-Kuang Lee 提出了一个量子“隐形帽”的理论概念，它不仅可以从视野中移除物体，而且可以从整个现实中移除物体。
这将与上面讨论的类似，但将使用薛定谔方程而不是麦克斯韦方程。 重点是拉伸对象的概率场，使其等于零。 从理论上讲，这在微观尺度上是可能的。 但是，要等待制造这种封面的技术可能性需要很长时间。 像任何“隐形帽“可以说，她确实是在向我们隐瞒一些事情。
