Μια ηλεκτρομαγνητική "μαύρη τρύπα" που απορροφά την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που πέφτει πάνω της κατασκευάστηκε για πρώτη φορά από Κινέζους επιστήμονες. Η συσκευή, η οποία λειτουργεί προς το παρόν στην περιοχή των μικροκυμάτων, μπορεί σύντομα να επεκταθεί και σε παγίδα του ορατού φωτός, οδηγώντας έτσι σε ένα εντελώς νέο τρόπο συλλογής της ηλιακής ενέργειας για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
Ο θεωρητικός σχεδιασμός για μια επιτραπέζια μαύρη τρύπα που θα παγιδεύει το φως, προτάθηκε στις αρχές του 2009 από τους Evgenii Narimanov και Alexander Kildishev στο Πανεπιστήμιο Purdue της Ιντιάνα. Η ιδέα που είχαν ήταν να μιμηθούν τις ιδιότητες μιας κοσμολογικής μαύρης τρύπας, με έντονη βαρύτητα η οποία κάμπτει τον περιβάλλοντα χωροχρόνο, αναγκάζοντας την οποιαδήποτε ύλη ή ακτινοβολία να ακολουθήσει τον στρεβλωμένο χωροχρόνο και να οδηγηθεί στο κέντρο με μια σπειροειδή τροχιά.
Οι Narimanov και Kildishev έκριναν πως θα πρέπει να είναι δυνατό να φτιάξουμε μια συσκευή που να αναγκάζει το φως να κινηθεί προς τα μέσα, προς το κέντρο του, με τον ίδιο τρόπο. Υπολόγισαν μάλιστα ότι αυτό θα μπορούσε να γίνει από μια κυλινδρική δομή που αποτελείται από ένα κεντρικό πυρήνα και ο οποίος περιβάλλεται από ένα κέλυφος ομόκεντρων κύκλων.
Δεν υπάρχει καμία διαφυγή
Το κλειδί για να μπορέσει το φως να κάμπτεται προς τα μέσα είναι η διηλεκτρική σταθερά του κελύφους του – η οποία επηρεάζει την ηλεκτρική συνιστώσα των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων – να αυξάνεται ομαλά από την εξωτερική έως την εσωτερική επιφάνεια. Αυτό το φαινόμενο είναι ανάλογο (μοιάζει) με την καμπυλότητα του χωροχρόνου κοντά σε μια μαύρη τρύπα. Στο σημείο όπου το κέλυφος συναντά τον πυρήνα, η διηλεκτρική σταθερά του δακτυλίου πρέπει να ταιριάζει με αυτή του πυρήνα, έτσι ώστε το φως να απορροφάται και όχι να ανακλάται.
α) Ένα μοντέλο της μαύρης τρύπας που αποτελείται από ένα κέλυφος από μετα-υλικό με βαθμιαίο δείκτη διάθλασης, και ένα διηλεκτρικό πυρήνα στο κέντρο. (β) Φωτογραφία της τεχνητής μαύρης τρύπας που βασίζεται σε μετα-υλικά, και η οποία αποτελείται από 60 ομόκεντρα στρώματα, με δύο διαφορετικές δομές (φαίνονται στην εικόνα) στα στρώματα του πυρήνα και στα στρώματα του κελύφους.
Τώρα οι Tie Jun Cui και Qiang Cheng στο Πανεπιστήμιο Nanjing της Κίνας, έχουν μετατρέψει τη θεωρία των Narimanov και Kildishev σε πράξη, κτίζοντας μια "μαύρη τρύπα" αλλά για συχνότητες της περιοχής των μικροκυμάτων. Αποτελείται από 60 δακτυλιοειδείς ταινίες από παράξενα υλικά, που λέγονται μετα-υλικά, και τα οποία προηγουμένως είχαν χρησιμοποιηθεί για να γίνουν αόρατα κάποια σώματα.
Κάθε ταινία έχει τη μορφή ενός κυκλώματος χαραγμένο με πολύπλοκες δομές, των οποίων τα χαρακτηριστικά αλλάζουν σταδιακά από τη μία ταινία στην άλλη, έτσι ώστε η διηλεκτρική σταθερά να μεταβάλλεται ομαλά. Οι εξωτερικές 40 ταινίες συνθέτουν το κέλυφος και οι 20 εσωτερικές ταινίες συνθέτουν τον πυρήνα που απορροφάει την ακτινοβολία.
"Όταν το ηλεκτρομαγνητικό κύμα κτυπήσει την συσκευή, το κύμα θα παγιδευτεί και θα κατευθυνθεί από την περιφέρεια του κελύφους προς τον πυρήνα της “μαύρης τρύπας”, ενώ στη συνέχεια θα απορροφηθεί από τον πυρήνα”, λέει ο Cui. "Το κύμα δεν θα βγει ποτέ από τη μαύρη τρύπα." Στη συσκευή τους, ο πυρήνας μετατρέπει το φως που απορροφάται σε θερμότητα.
Ο Narimanov είναι εντυπωσιασμένος από τους Cui και Cheng για την γρήγορη σχεδίαση και την εφαρμογή του σχεδίου του. «Με εκπλήσσει το γεγονός ότι το έχουν κάνει τόσο γρήγορα», αναφέρει.
Η κατασκευή μιας συσκευής που θα συλλαμβάνει τα οπτικά μήκη κύματος με τον ίδιο τρόπο δεν θα είναι εύκολη, γιατί το ορατό φως έχει μήκη κύματος πολλές τάξεις μεγέθους μικρότερες από εκείνες της ακτινοβολίας των μικροκυμάτων. Το γεγονός αυτό θα απαιτήσει οι χαραγμένες δομές να είναι αντίστοιχα μικρότερες.
Ο Cui είναι πεπεισμένος ότι μπορούν να το κάνουν. "Αναμένω ότι η επίδειξη μιας οπτικής μαύρης τρύπας θα είναι διαθέσιμη μέχρι το τέλος του 2009," λέει.
Μια τέτοια συσκευή θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη συλλογή της ηλιακής ενέργειας σε χώρους όπου το φως είναι πολύ διάχυτο για να συγκεντρωθεί από τα κάτοπτρα σε μια ηλιακή κυψέλη. Η οπτική μαύρη τρύπα θα απορροφά το διάχυτο φως και θα το κατευθύνει στην ηλιακή κυψέλη στο κέντρο της. "Σε περίπτωση που αυτή η διάταξη λειτουργεί, δεν θα χρειάζεται πλέον να θέλουμε τεράστια παραβολικά κάτοπτρα για τη συλλογή του φωτός", εξηγεί ο Narimanov.
Πηγή: PhysOrg
Leave a Comment