Áo choàng tàng hình ‘hoàn hảo’

Lần đầu tiên các nhà khoa học thành công trong việc “tàng hình” hoàn hảo một vật thể, làm cho một vật hình trụ kích cỡ ở mức centimet vô hình đối với sóng viba (microwaves – các sóng với bước sóng lớn hơn rất nhiều so với mức mắt thường có thể nhìn thấy).

Trước đây đã có nhiều ‘áo tàng hình’ được trình diễn, tuy nhiên tất cả đều phản xạ một phần ánh sáng đến, làm cho thủ thuật ảo giác này không được hoàn chỉnh.

Một nghiên cứu đăng gần đây trên Nature Materials đã trình bày phương pháp thực hiện hoàn hảo thủ thuật này.

Nhưng thủ thuật ảo giác này chỉ có hiệu quả trong một hướng nhất định và khó có thể áp dụng cho ánh sáng thường.

Ý tưởng về áo tàng hình được khai sinh năm 2006 khi John Pendry ở Imperial College London và David Schurig, David Smith ở Đại học Duke đưa ra thuyết ‘quang học chuyển đổi’ (transformation optics) trong một báo cáo khoa học đăng trên tạp chí Science. Cuối năm đó, lần đầu tiên họ trình diễn thuyết này với sóng viba, trong một nghiên cứu khác cũng đăng trên tạp chí này.

Hai nghiên cứu trên là tiên phong cho một loạt nghiên cứu trên các bước sóng khác mà mắt thường có thể nhìn thấy được. Kể từ đó tới nay, lĩnh vực này đã có những bước tiến đáng kể.

Tuy nhiên cho đến nay, vẫn chưa có một nghiên cứu nào có thể đạt được sự che phủ ‘tuyệt đối’ mà học thuyết quang học chuyển đổi mô tả lúc đầu. Khó khăn chính nằm ở khâu chế tạo các cấu trúc có thể thực hiện được thủ thuật quang học phi thường này, thế nên các nỗ lực nghiên cứu đã xấp xỉ hóa ý tưởng lí thuyết, gây ra hiện tượng phản xạ.

Vì thế một người sẽ không thấy vật thể được khoác áo choàng ‘tàng hình’ mà thay vào đó là cảnh vật phía sau nó. Tuy nhiên, sự phản xạ từ áo choàng sẽ làm cho cảnh vật này trông hơi tối đi một chút.

Nathan Landry, nghiên cứu sinh từ Đại học Duke và chiếc “áo khoác tàng hình”. Nguồn: Đại học Duke.

Giáo sư Smith và cộng sự ở Đại học Duke, Nathan Landy, đã thử một chiến lược khác. Họ nghiên cứu một phương pháp mới để sắp xếp các cạnh của chiếc áo choàng tàng hình viba với nhau sao cho ánh sáng không hề bị phản xạ khi đi vòng qua áo choàng này.

Thủ thuật mà Giáo sư Smith và các cộng sự sử dụng là một chiếc ‘áo choàng; có hình kim cương, có các đặc tính được căn chỉnh cẩn thận cho khớp với các góc của hình kim cương này, với mục đích đưa ánh sáng qua lại một cách hoàn hảo xung quanh một hình trụ bán kính 7.5cm, cao 1cm.

Một phần quan trọng của thủ thuật tàng hình này là việc phát triển một cấu trúc bao phủ có dạng hình kim cương. Chỉ tàng hình được theo một hướng. Nguồn: BBC.

“Theo như chúng tôi biết, đây là áo choàng đầu tiên thực hiện chính xác sự chuyển đổi này, giúp chúng ta đạt được sự tàng hình tuyệt đối này,” Giáo sư Smith cho  BBC News biết. Tuy nhiên, trò ảo thuật tàng hình này luôn có những đánh đổi. Dù cho màn trình diễn có là hoàn hảo thì nó cũng chỉ có hiệu quả đối với một hướng nhìn cụ thể.

“Điều này giống như những người chơi bài trong phim Alice in Wonderland”, Giáo sư Smith giải thích. “Nếu họ xoay mặt thẳng về phía bạn, thì bạn không nhìn thấy họ. Nhưng bạn sẽ thấy họ nếu nhìn từ hướng khác.”

Các nguyên tắc thiết kế của chiếc áo choàng viba này sẽ khó có thể được áp dụng cho các bước sóng thấy được. Tuy vậy. sóng viba rất quan trọng trong nhiều ứng dụng, chủ yếu là trong lĩnh vực viễn thông và rada, do vậy những chiếc áo tàng hình kiểu này sẽ giúp cải thiện hiệu năng của sóng viba thêm rất nhiều.

“Chiếc áo choàng chúng tôi trình diễn năm 2006 khá là tồi với một thiết vị sóng viba, nhưng chiếc này thì khác, nhiều khả năng nó có thể rất hữu ích,” Giáo sư Smith nói.

“Tôi nghĩ đây là một thiết kế mà mọi người có thể tham khảo để phát triển thêm. Điều quan trọng trong lĩnh vực này là những điều bạn làm được, thiết kế được. Và tôi nghĩ nghiên cứu này đã nâng kỹ thuật thiết kế áo tàng hình lên một tầm cao mới.”

• Nguyên bản tiếng Anh: “Invisibility cloaking in ‘perfect’ demonstration,” Jason Palmer, BBC Technology, November 2012.
• Người dịch: Nguyễn Công Thành
• Biên tập: Phạm Duy Đông