Legmerészebb álmainkról
2006. december 01. 00:00
A modern fizika fokozatosan lehetővé teszi legvakmerőbb álmaink valóra váltását. Olyan dolgok váltak lehetségessé, amelyekre eddig csak a mesék varázslói vagy a tudományosfantasztikus történetek, filmek hősei voltak képesek.
Ki ne szeretne időnként láthatatlanná válni? Ok több is lehet rá, események láthatatlan résztvevőiként titkokat leshetünk ki, és a szégyen miatt néha jobb lenne eltűnni, mint elbujdosni. A mesék hősei ilyenkor magukra terítenek egy varázsköpenyt vagy a fejükbe nyomnak egy varázssüveget. A modern fizika legújabb eredményei ilyen képzeletbeli öltözékeket ígérnek. Még nincs kész szabásminta, de már az első eredmények is fantasztikusak.
A kutatók természetesen nem egy láthatatlanná tevő csodaeszköz megalkotására törekednek, bár arra is akadnak példák, hogy valóban egy fantasztikus regényben olvasott, filmen látott meseszerű, csodálatos elem termékenyíti meg a tudományos gondolkodást. Ebben az esetben a történések a tudomány belső logikáját követik. Érdekes és jellemző részlet: a kutatásokat az utóbbi években az Egyesült Államok hírszerző közösségének ösztöndíjprogramja támogatta.
Régi tulajdonság, új anyag
Évtizedekkel ezelőtt ismerte fel egy kutató, hogy van két olyan, az anyagokra jellemző tulajdonság, az elektromos áteresztőképesség (permittivitás) és a mágneses áteresztőképesség (permeabilitás), amely pozitív és negatív értéket egyaránt felvehet, de nincs olyan ismert anyag, amelyben mindkét mennyiség negatív értékű lenne. Logikusan következett a kérdés: vajon létrehozható-e és ha igen, milyen tulajdonságokkal rendelkezne egy ilyen, a természetben nem létező anyag? Arra a következtetésre jutottak, hogy ilyen anyag megteremthető. A különleges matéria természetesen különleges tulajdonságokkal bírna, csaknem valamennyi elektromágneses jelenség másképpen történne, vagy más eredményre vezetne. Az egyik legfurcsább következmény a negatív törésmutató lehetősége. A fény a közeg határához érve nem hatolna be a negatív törésmutatójú anyagba, de nem is verődne vissza róla. Ehelyett megkerülné a negatív törésmutatójú tárgyat, majd mintha ott sem lett volna ez az objektum, menne tovább az eredeti irányban. Az így megkerült tárgyról nem jutna információ szemünkbe, agyunk nem alkotna róla képet, viszont látnánk azt a normális tárgyat, amely a negatív törésmutatójú mögött van. Vagyis az ilyen anyaggal bevont tárgy valóban láthatatlanná válna. Évtizedek elteltével, a múlt század végén kezdtek el alaposabban foglalkozni a különlegességekkel kecsegtető anyagokkal. Nevet is adtak nekik: metaanyagok. Felismerték, hogy a metaanyagok tulajdonságai erősen függenek az elektromágneses hullámok frekvenciájától. Kiderült, hogy negatív paraméterekkel rendelkező anyagot csak viszonylag szűk frekvenciasávban lehet létrehozni. A negatív elektromágneses, illetve a negatív mágneses paraméterek viszont teljesen más frekvenciatartományban jelennek meg, ezért nem fordulnak elő együttesen a természetes anyagokban. A fizika törvényei ugyanakkor nem zárják ki, nem teszik eleve lehetetlenné, hogy a két paraméter egyszerre vegyen fel negatív értéket.
A metaanyagok receptje
Brit kutatók szerint a metaanyagot parányi elemekből kell összerakni, úgy, hogy ezek az alkotóelemek periodikusan ismétlődjenek. Az elemek méretét és egymástól való távolságát oly módon kell megválasztani, hogy azok jóval kisebbek legyenek a felhasználandó elektromos sugárzás hullámhosszánál. Ebben az esetben a beeső elektromágneses hullám nem tudja megkülönböztetni az egyes elemeket, homogénnek látja a metaanyagot. Az egyik összetevő az elektromos, a másik a mágneses tulajdonságért felel. Az építőelemek parányi hurkok, vezetődarabok, ezeket helyezik el szabályosan ismétlődő rendben.
Miután közzétették a receptet, felgyorsultak az események. Márciusban egy amerikai kutató azt nyilatkozta a Science-nek, hogy öt éven belül megjelenhet a rádióhullámok tartományában működő metaanyag és az ebből készült eszközök. Alaposan tévedett, mert már október közepén megjelent az első, a mikrohullámok tartományában működő eszköz leírása. A receptet kidolgozó J. Pendry is részt vett a Duke Egyetemen David R. Smith vezetésével dolgozó kutatócsoport munkájában. Az építőelemek üvegszálas felületre szerelt rézkarikák és -drótok voltak. A kísérletben egyértelműen megfigyelték, hogy az elektromágneses hullámok megkerülték a metaanyaggal körbevett objektumot, úgy, ahogy a folyó vize megkerül egy sima felületű sziklát a mederben.
A következő lépés más hullámhosszokon működőképes metaanyagok létrehozása. Ám minél rövidebb hullámhosszok felé közeledünk, annál bonyolultabb a feladat, hiszen a metaanyag építőelemeinek lényegesen kisebbnek kell lenniük a ráeső sugárzás hullámhosszánál. A látható fény tartománya már a nanoméretek világában való építkezést követel. November közepén, éppen e cikk írásakor újabb sikerről érkezett hír: a Purdue Egyetemen fémes nanocsíkokból építettek metaanyagot, a csíkokat dielektromos rétegek választották el egymástól. A kutatók szerint negatív törésmutatójú metaanyagukból az infravörös, sőt a látható fény tartományában működő eszközt lehet készíteni.
A gyors fejlődés láttán félve idézem szakemberek néhány hónapja megfogalmazott véleményét: „Pillanatnyilag még ötlet sincs arra, hogyan lehetne egy széles hullámhossztartományban, pl. a látható fény teljes tartományában hatékony metaanyagot elkészíteni. Egyelőre továbbra is a fantázia világában maradnak a Harry Potter vagy a Star Trek hősei által viselt, láthatatlanná tevő varázsköpenyek.”
Az ikerpár
Ha még nem készült el a láthatatlanná tevő varázsköpeny, akkor próbáljunk mást! Próbáljunk egy szempillantás alatt úgy eltűnni, hogy egy hatalmas ugrással valami távoli helyre kerüljünk! A fantasztikus filmek hősei ilyenkor átpenderülnek egy másik világegyetembe. Egyelőre azonban még a más univerzumok léte is kérdéses, bár sok fizikus töri ezen a fejét.
A fantasztikus filmekben az egyik helyen eltűnik a test, majd újra megjelenik valahol távolabb. A laboratóriumokban azonban nem ezt az utat követik. A test állapotát leíró információt küldik el a távolba egy hasonló testnek, amely az információ megérkezésének pillanatában az eredeti pontos hasonmásává válik, az eredeti pedig felveszi távoli párjának korábbi állapotát. Tulajdonképpen egy ikerpárral van dolgunk, akik felváltva öltik fel egymás alakját.
1997-ben valósítottak meg a világon először kvantum-teleportálást az Innsbrucki Egyetem laboratóriumában: összecsatolódott fotonpárral továbbították egy kvantumrendszernek, magának a fotonnak az állapotát. 2002-ben az Ausztrál Nemzeti Laboratórium kutatói fénynyalábot „tüntettek el”, majd a nyaláb másutt jelent meg. Az ausztráliai kísérletben már nem egyetlen fotonpárral, hanem valódi, fénykvantumok milliárdjaiból álló fénynyalábbal dolgoztak. A következő lépésben atomok teleportálását valósították meg, Innsbruckban kalcium-, Coloradóban berillium-ionokkal. A megtett távolság jóval rövidebb volt egy milliméternél.
Az idei szenzáció Koppenhágában született meg. A Niels Bohr intézetben dán és német kutatók két különböző közeg segítségével valósítottak meg kvantum-teleportálást; az egyik, a „mozgó” közeg fény, az álló test pedig billió atom együttese volt. A fény hordozta, az anyag tárolta az információt. Fényimpulzussal továbbították egy makroszkopikus test kvantumállapotairól szóló információt egy másik makroszkopikus testnek, a második test erre felvette az első tulajdonságait. Tehát testet teleportáltak
Ki ne szeretne időnként láthatatlanná válni? Ok több is lehet rá, események láthatatlan résztvevőiként titkokat leshetünk ki, és a szégyen miatt néha jobb lenne eltűnni, mint elbujdosni. A mesék hősei ilyenkor magukra terítenek egy varázsköpenyt vagy a fejükbe nyomnak egy varázssüveget. A modern fizika legújabb eredményei ilyen képzeletbeli öltözékeket ígérnek. Még nincs kész szabásminta, de már az első eredmények is fantasztikusak.
A kutatók természetesen nem egy láthatatlanná tevő csodaeszköz megalkotására törekednek, bár arra is akadnak példák, hogy valóban egy fantasztikus regényben olvasott, filmen látott meseszerű, csodálatos elem termékenyíti meg a tudományos gondolkodást. Ebben az esetben a történések a tudomány belső logikáját követik. Érdekes és jellemző részlet: a kutatásokat az utóbbi években az Egyesült Államok hírszerző közösségének ösztöndíjprogramja támogatta.
Régi tulajdonság, új anyag
Évtizedekkel ezelőtt ismerte fel egy kutató, hogy van két olyan, az anyagokra jellemző tulajdonság, az elektromos áteresztőképesség (permittivitás) és a mágneses áteresztőképesség (permeabilitás), amely pozitív és negatív értéket egyaránt felvehet, de nincs olyan ismert anyag, amelyben mindkét mennyiség negatív értékű lenne. Logikusan következett a kérdés: vajon létrehozható-e és ha igen, milyen tulajdonságokkal rendelkezne egy ilyen, a természetben nem létező anyag? Arra a következtetésre jutottak, hogy ilyen anyag megteremthető. A különleges matéria természetesen különleges tulajdonságokkal bírna, csaknem valamennyi elektromágneses jelenség másképpen történne, vagy más eredményre vezetne. Az egyik legfurcsább következmény a negatív törésmutató lehetősége. A fény a közeg határához érve nem hatolna be a negatív törésmutatójú anyagba, de nem is verődne vissza róla. Ehelyett megkerülné a negatív törésmutatójú tárgyat, majd mintha ott sem lett volna ez az objektum, menne tovább az eredeti irányban. Az így megkerült tárgyról nem jutna információ szemünkbe, agyunk nem alkotna róla képet, viszont látnánk azt a normális tárgyat, amely a negatív törésmutatójú mögött van. Vagyis az ilyen anyaggal bevont tárgy valóban láthatatlanná válna. Évtizedek elteltével, a múlt század végén kezdtek el alaposabban foglalkozni a különlegességekkel kecsegtető anyagokkal. Nevet is adtak nekik: metaanyagok. Felismerték, hogy a metaanyagok tulajdonságai erősen függenek az elektromágneses hullámok frekvenciájától. Kiderült, hogy negatív paraméterekkel rendelkező anyagot csak viszonylag szűk frekvenciasávban lehet létrehozni. A negatív elektromágneses, illetve a negatív mágneses paraméterek viszont teljesen más frekvenciatartományban jelennek meg, ezért nem fordulnak elő együttesen a természetes anyagokban. A fizika törvényei ugyanakkor nem zárják ki, nem teszik eleve lehetetlenné, hogy a két paraméter egyszerre vegyen fel negatív értéket.
A metaanyagok receptje
Brit kutatók szerint a metaanyagot parányi elemekből kell összerakni, úgy, hogy ezek az alkotóelemek periodikusan ismétlődjenek. Az elemek méretét és egymástól való távolságát oly módon kell megválasztani, hogy azok jóval kisebbek legyenek a felhasználandó elektromos sugárzás hullámhosszánál. Ebben az esetben a beeső elektromágneses hullám nem tudja megkülönböztetni az egyes elemeket, homogénnek látja a metaanyagot. Az egyik összetevő az elektromos, a másik a mágneses tulajdonságért felel. Az építőelemek parányi hurkok, vezetődarabok, ezeket helyezik el szabályosan ismétlődő rendben.
Miután közzétették a receptet, felgyorsultak az események. Márciusban egy amerikai kutató azt nyilatkozta a Science-nek, hogy öt éven belül megjelenhet a rádióhullámok tartományában működő metaanyag és az ebből készült eszközök. Alaposan tévedett, mert már október közepén megjelent az első, a mikrohullámok tartományában működő eszköz leírása. A receptet kidolgozó J. Pendry is részt vett a Duke Egyetemen David R. Smith vezetésével dolgozó kutatócsoport munkájában. Az építőelemek üvegszálas felületre szerelt rézkarikák és -drótok voltak. A kísérletben egyértelműen megfigyelték, hogy az elektromágneses hullámok megkerülték a metaanyaggal körbevett objektumot, úgy, ahogy a folyó vize megkerül egy sima felületű sziklát a mederben.
A következő lépés más hullámhosszokon működőképes metaanyagok létrehozása. Ám minél rövidebb hullámhosszok felé közeledünk, annál bonyolultabb a feladat, hiszen a metaanyag építőelemeinek lényegesen kisebbnek kell lenniük a ráeső sugárzás hullámhosszánál. A látható fény tartománya már a nanoméretek világában való építkezést követel. November közepén, éppen e cikk írásakor újabb sikerről érkezett hír: a Purdue Egyetemen fémes nanocsíkokból építettek metaanyagot, a csíkokat dielektromos rétegek választották el egymástól. A kutatók szerint negatív törésmutatójú metaanyagukból az infravörös, sőt a látható fény tartományában működő eszközt lehet készíteni.
A gyors fejlődés láttán félve idézem szakemberek néhány hónapja megfogalmazott véleményét: „Pillanatnyilag még ötlet sincs arra, hogyan lehetne egy széles hullámhossztartományban, pl. a látható fény teljes tartományában hatékony metaanyagot elkészíteni. Egyelőre továbbra is a fantázia világában maradnak a Harry Potter vagy a Star Trek hősei által viselt, láthatatlanná tevő varázsköpenyek.”
Az ikerpár
Ha még nem készült el a láthatatlanná tevő varázsköpeny, akkor próbáljunk mást! Próbáljunk egy szempillantás alatt úgy eltűnni, hogy egy hatalmas ugrással valami távoli helyre kerüljünk! A fantasztikus filmek hősei ilyenkor átpenderülnek egy másik világegyetembe. Egyelőre azonban még a más univerzumok léte is kérdéses, bár sok fizikus töri ezen a fejét.
A fantasztikus filmekben az egyik helyen eltűnik a test, majd újra megjelenik valahol távolabb. A laboratóriumokban azonban nem ezt az utat követik. A test állapotát leíró információt küldik el a távolba egy hasonló testnek, amely az információ megérkezésének pillanatában az eredeti pontos hasonmásává válik, az eredeti pedig felveszi távoli párjának korábbi állapotát. Tulajdonképpen egy ikerpárral van dolgunk, akik felváltva öltik fel egymás alakját.
1997-ben valósítottak meg a világon először kvantum-teleportálást az Innsbrucki Egyetem laboratóriumában: összecsatolódott fotonpárral továbbították egy kvantumrendszernek, magának a fotonnak az állapotát. 2002-ben az Ausztrál Nemzeti Laboratórium kutatói fénynyalábot „tüntettek el”, majd a nyaláb másutt jelent meg. Az ausztráliai kísérletben már nem egyetlen fotonpárral, hanem valódi, fénykvantumok milliárdjaiból álló fénynyalábbal dolgoztak. A következő lépésben atomok teleportálását valósították meg, Innsbruckban kalcium-, Coloradóban berillium-ionokkal. A megtett távolság jóval rövidebb volt egy milliméternél.
Az idei szenzáció Koppenhágában született meg. A Niels Bohr intézetben dán és német kutatók két különböző közeg segítségével valósítottak meg kvantum-teleportálást; az egyik, a „mozgó” közeg fény, az álló test pedig billió atom együttese volt. A fény hordozta, az anyag tárolta az információt. Fényimpulzussal továbbították egy makroszkopikus test kvantumállapotairól szóló információt egy másik makroszkopikus testnek, a második test erre felvette az első tulajdonságait. Tehát testet teleportáltak
A teljes cikket csak regisztrált felhasználóink olvashatják. Kérjük jelentkezzen be az oldalra vagy regisztráljon!
