Δεν είναι μόνο επιστημονική φαντασία: Είναι πιθανές οι ηλεκτρομαγνητικές σκουληκότρυπες, λένε μαθηματικοί

Πηγή: Πανεπιστημίου Ρότσεστερ, 13 Οκτωβρίου 2007

Η ομάδα των μαθηματικών που αρχικά δημιούργησε τα μαθηματικά που βρίσκονται πίσω από τον "αόρατο μανδύα", που αναγγέλθηκε από φυσικούς τον περασμένο Οκτώβριο, τώρα δείχνει ότι η ίδια τεχνολογία θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να παραγάγει μια "ηλεκτρομαγνητική σκουληκότρυπα."

Στη μελέτη, που θα εμφανιστεί στο Physical Review Letters, ο Allan Greenleaf, καθηγητής των μαθηματικών στο πανεπιστήμιο του Ρότσεστερ, και οι συνεργάτες  του σχεδιάζει μια παραλλαγή στο θέμα του μανδύα.

Τα αποτελέσματά τους ανοίγουν τη δυνατότητα της δημιουργίας ενός είδους αόρατης σήραγγας μεταξύ δύο σημείων στο διάστημα.

"Φανταστείτε τον αόρατο μανδύα του Harry Potter γύρω από έναν σωλήνα", λέει ο Greenleaf. "Εάν το υλικό σχεδιαστεί σύμφωνα με τις προδιαγραφές μας, θα μπορούσατε να περάσετε ένα αντικείμενο στην μια άκρη, να δείτε να εξαφανίζεται καθώς ταξιδεύει κατά μήκος της σήραγγας, και να το δείτε έπειτα να επανεμφανίζεται στο άλλο άκρο."

Φως ρέει γύρω από 'σήραγγα΄ με μεταϋλικά

Η τρέχουσα τεχνολογία μπορεί να δημιουργήσει αντικείμενα αόρατα μόνο για την ακτινοβολία μικροκυμάτων, αλλά η μαθηματική θεωρία επιτρέπει το φαινόμενο της σκουληκότρυπας σε ηλεκτρομαγνητικά κύματα όλων των συχνοτήτων. Έχοντας αυτό υπόψη, οι Greenleaf και οι συνεργάτες του προτείνουν διάφορες πιθανές εφαρμογές.

Για παράδειγμα, οι ενδοσκοπικές χειρουργικές επεμβάσεις όπου ο χειρούργος καθοδηγείται από μια μαγνητική απεικόνιση (MRI) είναι προβληματικές, επειδή τα ισχυρά μαγνητικά πεδία που παράγονται από τον ανιχνευτή MRI έχουν επιπτώσεις στα εργαλεία του χειρούργου, και τα εργαλεία μπορούν να διαστρεβλώσουν τις εικόνες του ανιχνευτή MRI.

Ο Greenleaf τονίζει, εντούτοις, ότι η διαβίβαση των εργαλείων μέσω μιας ηλεκτρομαγνητικής σκουληκότρυπας θα μπορούσε να τα κρύψει με αποτελεσματικό τρόπο από τα πεδία, επιτρέποντας μόνο τις άκρες τους να είναι "ορατές".

Για να δημιουργήσουν την τεχνολογία απόκρυψης, ο Greenleaf και οι συνεργάτες του χρησιμοποιούν θεωρητικά μαθηματικά για να σχεδιάσουν μια συσκευή με σκοπό να καθοδηγήσουν τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα με έναν χρήσιμο τρόπο.

Οι ερευνητές θα μπορούσαν έπειτα να χρησιμοποιήσουν αυτά τα μηχανολογικά σχεδιαγράμματα για να δημιουργήσουν στρώματα ειδικά κατασκευασμένα, που θα κάμπτουν το φως, σύνθετα υλικά που λέγονται μεταϋλικά.

Δεξιά: Τα μικροκύματα λυγίζουν μπροστά στο δίσκο

Πέρυσι, ο David Smith, καθηγητής της ηλεκτρικής και εφαρμοσμένης μηχανικής υπολογιστών στη Σχολή Pratt του πανεπιστημίου Duke κατασκεύασε μια αόρατη συσκευή σαν δίσκο, που επέτρεπε στα μικροκύματα να περάσουν γύρω από αυτόν τον δίσκο.

Ο Greenleaf έχουν αλλάξει την γεωμετρία του δίσκου για να μπορούν να διευκρινίσουν με ακρίβεια ποιές ιδιότητες απαιτούνται από το μεταϋλικό της σκουληκότρυπας, προκειμένου να δημιουργηθεί το φαινόμενο της "αόρατης σήραγγας".

Υπολόγισαν επίσης ποιά πρόσθετα οπτικά αποτελέσματα θα εμφανίζονταν εάν το εσωτερικό της σκουληκότρυπας ντυθεί με ποικίλα υποθετικά μεταϋλικά.

Υποθέτοντας ότι αυτό που βλέπατε περιοριζόταν σε λίγες συχνότητες στις οποίες λειτουργεί η σκουληκότρυπα, κοιτάζοντας στο ένα άκρο, θα βλέπατε μια διαστρεβλωμένη εικόνα στο άλλο άκρο, σύμφωνα με τις προσομοιώσεις που έγιναν από τον Greenleaf.

Εάν δε τα μεταϋλικά από τα οποία κατασκευάζεται ο σωλήνας ήταν σε θέση να κάμψουν όλα τα μήκη κύματος του ορατού φωτός, θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για να κάνουν μια τρισδιάστατη τηλεοπτική εικόνα.

Φανταστείτε λοιπόν χιλιάδες λεπτές σκουληκότρυπες κολλημένες μαζί πάνω από ένα κιβώτιο, σαν μια τούφα γρασιδιού σε ένα βάζο. Οι ίδιες σκουληκότρυπες θα ήταν αόρατες, αλλά οι άκρες τους θα μπορούσαν να διαβιβάσουν το φως μεταφέροντας το από κάτω. Θα ήταν σαν χιλιάδες πίξελ επέπλεαν απλά στον αέρα.

Αλλά αυτή η ιδέα, αποδέχεται ο Greenleaf, είναι ένας πολύ μακροχρόνιος δρόμος. Ακόμα κι αν τα μαθηματικά τώρα λένε ότι είναι δυνατό, εξαρτάται από τους μηχανικούς να εφαρμόσουν αυτά τα αποτελέσματα για να δημιουργήσουν ένα λειτουργικό πρωτότυπο.

Οι συνεργάτες του Greenleaf είναι ο Matti Lassas, καθηγητής των μαθηματικών στο πανεπιστήμιο του Ελσίνκι, ο Yaroslav Kurylev, καθηγητής των μαθηματικών στο πανεπιστημιακό Κολέγιο του Λονδίνου και ο Gunther Uhlmann καθηγητής των μαθηματικών στο πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον.