W rankingu największych pragnień ludzkości niewidzialność znalazłaby się w ścisłej czołówce – tuż obok latania. Możliwość znikania na życzenie daje bowiem władzę absolutną, dostęp do największych tajemnic i najściślej strzeżonych miejsc. Kusi do uczynków zakazanych.
ZNIKAJĄCY CYLINDER
„Peleryna niewidka Harry’ego Pottera staje się rzeczywistością”, „Niewidzialność w zasięgu ręki!”. Takie sensacyjne nagłówki pojawiły się w gazetach w połowie zeszłego roku, obwieszczając wyniki badań zespołu naukowców z Duke University w Północnej Karolinie oraz z Imperial College w Londynie. Tamtejszym fizykom rzeczywiście udało się dokonać rzeczy niezwykłej – sprawić, by miedziany cylinder stał się niewidoczny. Oczywiście prasa nieco przesadziła – od osiągnięć Amerykanów do wymarzonej niewidzialności droga wciąż daleka, ale pierwsze kroki zostały poczynione. Ściślej rzecz biorąc, ów cylinder nie zniknął z oczu badaczy, lecz jedynie z ekranu detektora promieniowania mikrofalowego. Nie udało się też ukryć cylindra zupełnie bez śladu – pozostał jego widoczny cień i niewyraźny kształt.
Był to jednak pierwszy sukces i to już w pięć miesięcy po opracowaniu teoretycznych podstaw eksperymentu. Niezły wynik, zważywszy, że Platon na cztery wieki przed Chrystusem rozważał zjawisko niewidzialności, a motyw ten pojawia się od tysięcy lat w mitach całego świata. Jak to jednak możliwe, by coś, co istnieje, przestało być widoczne? Najpierw ustalmy, dlaczego cokolwiek widzimy.
ZAŁAMANIA ŚWIATŁA
Ludzkie oko reaguje na światło widzialne – promieniowanie, którego fale mają długość od 400 (fiolet) do 700 (czerwień) nanometrów (milionowych części milimetra). Gdy spoglądamy na jakiś obiekt, promienie światła od niego odbite docierają do światłoczułej części naszego oka, siatkówki. Tu powstają impulsy elektryczne, przesyłane dalej do mózgu. Może więc wystarczyłoby owinąć się prześcieradłem z tkaniny nieodbijającej światła? Za jej namiastkę (choć bardzo niedoskonałą) mógłby posłużyć aksamit w kolorze głębokiej czerni, jednak nie oszukujmy się – owinięta nim od stóp do głów osoba wyraźnie odcinałaby się na tle barwnego otoczenia. Istotą czapki niewidki jest co innego: trzeba sprawić, by obserwator widział to, co normalnie ukrywany przedmiot zasłania.
Najlepiej, by promienie przeniknęły przez ukrywany obiekt niczym przez czystą szybę. To jednak wydaje się niemożliwe – nie umiemy sprawić, by drewno, ludzkie ciało czy metal zmieniły swoją strukturę i stały się przezroczyste. Pomysł naukowców z Duke University i Imperial College jest inny – skoro promieniowanie nie może przez coś przeniknąć, to niech elegancko ominie przedmiot. Sami badacze porównują swoją koncepcję do wody płynącej w strumieniu. Gdy ciecz napotka kamień, opływa go z obu stron, za przeszkodą łączy się i płynie dalej. Człowiek obserwujący nurt kilka metrów dalej nie będzie w stanie stwierdzić, że woda opłynęła kamień – nie pozostał już bowiem na niej ślad tego zdarzenia. W doświadczeniu próbowano więc zmusić promieniowanie mikrofalowe, by zachowało się jak ciecz i „opłynęło” miedziany walec.
Z drugiej strony wiadomo, że światło i inne promienie rozchodzą się tylko po liniach prostych. Jak więc „owinąć” je wokół czegoś? Oczywiście nikt nie próbował ominąć praw fizyki. Zamiast tego udało się je sprytnie nagiąć. Otóż światło i inne promieniowanie można poprowadzić po dowolnej linii, wykorzystując zupełnie normalne zjawiska odbicia i załamania. Załamanie świetnie widać, gdy zanurzymy w czystym jeziorze patyk – w miejscu wejścia do wody będzie wyglądał na złamany. Światło nieco zmienia swą prędkość i kierunek, przechodząc z rzadkiego powietrza do gęstej wody. Pomysł naukowców był genialnie prosty: pokryjmy obiekt, który chcemy ukryć, cienką warstewką materiału, w którym współczynnik załamania światła zmienia się od miejsca do miejsca i to w ściśle określony sposób – dokładnie w taki, aby zmusić promienie świetlne do omijania ukrytego przedmiotu.
Cel ten można osiągnąć, bardzo precyzyjnie projektując mikrostrukturę tego tzw. metamateriału, „szyjąc go” niejako na miarę potrzeb. Do konstrukcji prototypowej czapki niewidki, mającej ukryć miedziany walec, użyto finezyjnej konstrukcji z małych prętów i pierścieni – również miedzianych. I udało się! Mikrofale opłynęły walec niczym woda i uczyniły go prawie niewidzialnym: patrząc w jego kierunku zobaczylibyśmy to, co jest za nim. Niestety – stałoby sie tak jedynie wtedy, gdyby nasze oczy mogły widzieć w promieniowaniu mikrofalowym o długości 3,5 cm. Oczywiście jest jedno „ale” – to, co możliwe w przypadku promieniowania mikrofalowego niekoniecznie musi się sprawdzić, gdy będziemy mieli do czynienia ze światłem widzialnym. Długość mikrofal to kilka centymetrów, światła widzialnego – miliony razy mniej. By zapanować nad mikrofalami, wystarczą struktury stworzone z dokładnością kilku milimetrów, w przypadku światła muszą to być pojedyncze nanometry. Fizycy studzą emocje rozbudzone przez sensacyjne doniesienia, mówiąc, że choć teoretycznie stworzenie peleryny niewidki jest możliwe, to droga do niej jeszcze długa, a sukces wciąż niepewny.
PELERYNA KAMELEONA
Poza Amerykanami nad niewidzialnością pracują m.in. Japończycy. W dodatku mają całkiem niezłe wyniki. Tu koncepcja jest inna – zamiast grzebać się w trudnej fizyce promieniowania, wykorzystano współczesną technikę. Jak już ustaliliśmy, kluczem do niewidzialności jest pokazanie tego, co ukrywany obiekt przysłania. Japończycy skorzystali więc ze swojego ulubionego gadżetu – kamery wideo. Załóżmy, że niewidzialny ma się stać mężczyzna stojący na tle ruchliwej ulicy. Na początek za jego plecami umieszczamy kamerę. Łączymy ją z projektorem umieszczonym po przeciwnej stronie, na wprost mężczyzny. Jeśli teraz na jego ciało będziemy rzucali obraz pochodzący z kamery, powstanie złudzenie przezroczystości – obserwator stojący na wprost „znikanego” będzie widział to, co mężczyzna normalnie by zasłaniał. Jak na razie nie brzmi to sensacyjnie – w końcu każdy z nas wszedł kiedyś między rzutnik slajdów a ekran. Efekt nie powala.
FILM NA UBRANIU
Jednak Japończycy dodali do zestawu jeszcze jeden element – specjalną pelerynę. Wykonano ją z materiału przypominającego odblaskowe naszywki umieszczane na tornistrach, butach czy rękawach kurtek. Cechą szczególną naszywek jest to, że dobrze odbijają światło tylko w tym kierunku, z którego ono nadbiega. Gdy obserwator stoi tuż koło rzutnika, peleryna działa jak doskonały ekran, wzmacniający wyświetlany obraz. Dzięki temu złudzenie przezroczystości jest niezwykle silne, a na dodatek nie znika, gdy „niewidzialny” człowiek zacznie się ruszać. Całość daje efekt podobny do słynnego kamuflażu stosowanego przez Obcych w filmie „Predator”. Oczywiście pozostanie jedynie ciekawostką, bo nikt nie będzie biegał obwieszony kamerami, projektorami i pelerynami.
Duże nadzieje łączy się ostatnio z nowymi tkaninami, które mają wplecione we włókna nici, zmieniające kolor niczym skóra kameleona. Oparte są albo na świecących materiałach, podobnych do stosowanych w nowoczesnych wyświetlaczach telefonów komórkowych, albo na substancjach zbliżonych do tzw. elektronicznego papieru. Sprężyste materiały można bez problemu zginać i kształtować, więc z powodzeniem da się z nich uszyć wymarzoną pelerynę niewidkę. Takie rozwiązanie proponuje już firma International Fashion Machines – tkanina spleciona z przewodzących prąd nici pokrytych farbą elektroluminescencyjną staje się po prostu wyświetlaczem. Projektor nie jest potrzebny – ubranie samo wyświetli odpowiedni obraz. Pozostaje tylko kwestia kamery.
OD MITU DO PENTAGONU
W wielu mitologiach niewidzialność była przywilejem bogów i ich sług. Mityczny król Lidii Gyges zdobył koronę dzięki magicznemu pierścieniowi, który zapewniał niewidzialność. Prototypem czapki niewidki, szyszakiem, posługiwał się też Hades, władca świata podziemnego. Perseusz nałożył hełm niewidzialności, by móc pokonać Meduzę. W mitologii nordyckiej pojawia się magiczna peleryna, której używa heros Sygurd Fafnesbane. Również Bóg chrześcijan z aniołami pozostaje niewidzialny. W „Niewidzialnym człowieku” H.G. Wellsa bohater prowadzi badania, dzięki którym udaje mu się zniknąć. Niestety, nie potrafi z powrotem stać się widzialny, co doprowadza go do obłędu i śmierci. Dopiero jego martwe ciało staje się widoczne. W filmie „Człowiek widmo” tajne eksperymenty nad niewidzialnością finansuje Pentagon. Szef grupy badawczej wypróbowuje specyfik na sobie. Skutków operacji nie da się odwrócić. Bohater, w poczuciu bezkarności, zmienia się z charyzmatycznego naukowca w zwyrodnialca.
Jednym z najsłynniejszych magicznych artefaktów dających niewidzialność jest tytułowy pierścień z „Władcy pierścieni” J.R.R. Tolkiena. Tu niewidzialność kusi osobę noszącą magiczny przedmiot, podczas gdy on sam zdobywa władzę nad swoim właścicielem. Niezwykły efekt niewidzialności pojawia się w filmach: „Predator” i animowanym „Ghost in the shell”. Nie znika się tam całkowicie, lecz roztapia w tle, zachowując kształt. Ten efekt niezwykle przypomina to, co osiągnęli japońscy naukowcy ze swoją kamerą i peleryną. W większości tych opowieści pojawia się zastanawiający wątek. Niewidzialność rzadko kiedy daje szczęście czy służy chwalebnym celom. Zazwyczaj wykorzystuje się ją, by zabijać, szpiegować, oszukiwać, kraść i podglądać. Bo, prawdę mówiąc, trudno wymyślić dla niej pozytywne zastosowania. To wyjaśnia być może, dlaczego naukowcy zajmują się dziś czymś tak ulotnym jak znikanie.
Skąd pochodzić mogą przeznaczone na ten cel fundusze? Jak to często bywa, siłą napędową wynalazczości wydaje się wojsko. Armia marzy o uczynieniu swoich żołnierzy, czołgów i okrętów niewidocznymi dla przeciwnika. Pewnym na to sposobem jest technologia stealth stosowana od kilkunastu lat przy budowie samolotów i okrętów. W tym przypadku nie chodzi o ukrycie jednostki przed oczami obserwatorów, tylko o usunięcie jej z ekranów radarów. Kluczem jest tu odpowiednie ukształtowanie powierzchni pojazdu – zwykle z płaskich ekranów, których zadaniem jest odbijanie wiązki radaru tak, by nie powracała do anteny.
Dodatkowo specjalna farba sprawia, że spora część promieniowania zostaje pochłonięta. Dzięki tym zabiegom ważący 23 tony samolot daje na ekranie radaru ślad porównywalny z niewielkim stadem ptaków. To jednak tylko półśrodki – wojsko z pewnością szuka czegoś ambitniejszego. 28 listopada 1943 roku w Filadelfii miał się rzekomo odbyć niezwykły tajny eksperyment. Armia amerykańska starała się wykorzystać zjawisko nieznanego fizyce pola magnetycznego do odchylenia promieni światła. Miało to sprawić, że obiekt eksperymentu, okręt wojenny USS Eldridge, stanie się czasowo niewidzialny.
Według budzących wątpliwości relacji, po kilku minutach działania pola okręt został otoczony szarą mgłą i stał się niewidoczny, czemu towarzyszył błysk światła. Część załogi nie przeżyła tego eksperymentu, część miała zniknąć bez śladu, reszta miała postradać zmysły. Eksperyment Filadelfia nie został nigdy potwierdzony, a relacja rzekomego świadka nie jest wiarygodna. Istnieją zarazem przesłanki, mówiące, że armia faktycznie testowała techniki nietypowego ukrywania jednostek.
To, nad czym armia ciężko pracuje, od milionów lat stosuje przyroda. Kamuflaż kameleona jest wręcz przysłowiowy, choć w rzeczywistości ta jaszczurka tylko w pewnym stopniu dostosowuje kolor skóry do otoczenia. Na barwę kameleona wpływa też jego nastrój, intensywność oświetlenia i temperatura. Mimetyzmem wykazują się także niektóre gatunki ośmiornic i ryb. Ośmiornica czerwona (Octopus cyanea) potrafi upodabniać się kolorem do piasku, rafy koralowej czy dna usianego kamieniami – gdy płynie, na jej skórze barwy przesuwają się niczym na ekranie.
Jeszcze lepsze efekty daje kamuflaż gatunków, których otoczenie niemal się nie zmienia. W toku ewolucji wykształciły się niezwykłe kształty i kolory – patyczaków nie sposób odróżnić od gałązek, a liśćce wyglądają dokładnie jak liście. Istnieją również formy pośrednie: Extatosoma tiaratum przypomina skręconą gałązkę pokrytą zeschniętymi listkami. Co ciekawe, kamuflaż z równym powodzeniem stosują kryjące się przed drapieżnikami ofiary, jak i sami zabójcy czekający na posiłek. Niewidzialność to tylko pozornie domena niepoważnych marzycieli. W rzeczywistości rozpracowują ją naukowcy, przemysł i wojsko.
Jednak wciąż jeszcze brakuje pomysłu na prawdziwe, stuprocentowe zniknięcie z oczu. Ma to i swoją dobrą stronę, bo wtedy nigdy już nie bylibyśmy pewni, czy jesteśmy sami w pokoju…
Piotr Stanisławski