Cỗ máy tàng hình của giáo sư John Pendry

Năm 2018, chúng ta đang ở Trường cao đẳng Đế quốc tại London, báo chí thế giới sắp chứng kiến một sự kiện đầu tiên trên hành tinh. Chốc nữa đây, giáo sư John Pendry sẽ trình bày phát minh mới nhất của mình.

Cái vật đầy hấp dẫn đó đang nằm trên bục gỗ, che bằng một tấm vải trắng. Tất cả những gì người ta có thể mô tả về nó bây giờ là... hình như một quả cầu, đường kính khoảng 2m.

Cuối cùng, giáo sư John Pendry cũng xuất hiện. Ông chầm chậm tiến đến gần “nó”... và bất ngờ kéo tấm vải che, để lộ một “cỗ máy” trước mắt các nhà báo. Tất cả đều sững sờ, kinh ngạc. Chỗ được che đậy trước đó là... không có gì cả! Tiếng vỗ tay vang rền cả phòng. Giáo sư trịnh trọng tuyên bố: Đây là “cỗ máy tàng hình” đầu tiên trên thế giới! Ông gõ gõ vào chỗ có vẻ là không khí. Nó kêu lên “toc toc”... chứng tỏ có cái gì ở đó, thật sự. “Cái mà các bạn không nhìn thấy là một quả cầu rỗng, đủ to để chứa một người. Chui vào trong đó y sẽ trở thành vô hình”. Cả phòng im lặng sững sờ. Rồi máy ảnh chớp lên lia lịa, những câu hỏi tới tấp được đặt ra.

Chỉ sau một thập niên nữa, chuyện này sẽ thành hiện thực (Ảnh: TTO)

Dĩ nhiên cuộc trình diễn chưa xảy ra. Nhưng đó chỉ còn là vấn đề thời gian. Bởi vì trên lý thuyết, Pendry đã biết phải làm gì: chỉ cần tạo ra một quả cầu hoàn toàn “vô cảm” với ánh sáng.

Lý thuyết quang học của Pendry

Vì sao chúng ta hữu hình? Dĩ nhiên là do ánh sáng. Mặt trời hay một ngọn đèn phát ra ánh sáng (1). Tia sáng đi theo đường thẳng nếu gặp vật cản (như quả banh dội ngược khi chạm bức tường) nó phát tán theo mọi hướng (2). Khi ánh sáng đến mắt một quan sát viên (3), bạn mới trở nên hữu hình. Mặt khác đối với quan sát viên, bạn đã chặn tia sáng phát ra phía sau lưng mình (trong thí dụ này là cây thông) (4).

Vì chúng ta “hữu hình” khi làm vật cản ánh sáng, nên chỉ cần không phản xạ là bạn có thể hoàn toàn vô hình. Từ đó, giáo sư Pendry đã hình dung ra một quả cầu, trên đó ánh sáng lướt đi, giống như nước sông chảy quanh một cục đá.

Ánh sáng phát ra từ mặt trời đi vòng quanh quả cầu (1). Ánh sáng xuất phát từ cây thông cũng phải đi vòng quanh, rồi đến mắt của quan sát viên (2). Thế là anh ta chẳng nhìn thấy bạn, kẻ đang đứng bên trong quả cầu! Bởi vì mắt của chúng ta không thể phân tích một đường cong của ánh sáng. Với quan sát viên, ánh sáng chỉ đi theo đường thẳng, giống như qua một vùng chân không, ngay chỗ đặt quả cầu.

Phản biện: nhưng ánh sáng không thể bẻ cong như dây chì được!

John Pendry giải thích: Có một thí dụ rất rõ ràng cho thấy ánh sáng bị bẻ cong. Đó là ảnh ảo.

Chúng ta đi xe vào một ngày nóng bức. Trên đường, từ xa người ta nhìn thấy một cây thông phản chiếu trong một vũng nước. Nhưng khi đến nơi, nước và cây đều biến mất. Lý do là nó chẳng bao giờ hiện hữu... Đó là ảnh ảo. Dường như có một mặt kính đặt dưới chân cây thông để phản xạ hình ảnh của nó và bầu trời xanh phía trên, tạo ra ảo giác như có một vũng nước.

Vì sao có hiện tượng đó? Vì ánh sáng đã bị bẻ cong. Loại ảo ảnh này xảy ra khi trời nóng bức, nhiệt độ mặt đường nhựa bị mặt trời đun nóng vì thế không khí bị phân ra làm nhiều lớp nhiệt độ, càng gần mặt đất càng nóng hơn. Trước khi đập xuống mặt đường tia sáng phải đi qua tất cả các lớp không khí này. Mỗi khi đi qua một lớp không khí, nó bị một lần khúc xạ, ánh sáng bị bẻ cong dần khi đi từ lớp không khí này sang lớp khác. Nhiệt độ không khí càng cao, độ bẻ cong càng lớn.

Sau một số lần khúc xạ, ánh sáng bị bẻ cong đến mức gần như song song với lớp cuối cùng. Thế nhưng từ một góc đến nào đó trên lớp không khí, tia sáng lại đi lên (giống như một hòn đá nhảy lia thia trên mặt nước), cùng hiện tượng như lúc đến, nhưng theo chiều ngược lại. Lúc ánh sáng đến mắt của quan sát viên, nó đã đi một đường vòng cung. Nhưng mắt của chúng ta chỉ nhìn thấy ánh sáng đi theo đường thẳng. Đường thẳng này dẫn xuống... đất! Thế là hình ảnh cây thông ngược đầu hình thành trên đường nhựa.

Cỗ máy của Pendry

Ở giữa là một cái hốc cho phép chứa một vật, sẽ trở thành vô hình. Vai trò của quả cầu là bẻ cong tia sáng để khi trở ra nó hoàn toàn cùng phương với lúc đến. Giống như ảnh ảo, tia sáng sẽ bị bẻ cong nhiều lần, ngoại trừ lần cuối cùng. Do đó phải kiểm soát độ cong một cách hoàn hảo.

Trong trường hợp ảnh ảo, mỗi khi tia sáng đi từ lớp không khí này sang lớp khác, nó bị bẻ cong tùy theo nhiệt độ môi trường. Như vậy chúng ta có thể tưởng tượng quả cầu giống như một khối gồm nhiều vòng tròn đồng tâm. Trong mỗi lớp, nhiệt độ được chọn sao cho tia sáng bị bẻ cong một cách chính xác, việc kiểm soát nhiệt độ trong các lớp sẽ cực kỳ phức tạp.

Có một giải pháp khác là dùng chất liệu méta-métamatérial, được phát minh cách đây trên 10 năm, có thể bẻ cong tia sáng. Bằng cách nào? Khi tia sáng đi qua, ở cấp phân tử, trong chất liệu này xuất hiện các hạt điện tích. Ánh sáng sẽ bị các hạt điện tích chặn đường đi, giống như những hạt nam châm, có lúc đẩy ra có lúc hút vào. Hướng đi của tia sáng vì thế sẽ bị thay đổi. Cuối cùng, mỗi tia sáng sẽ trở lại hướng đi ban đầu như... chưa từng gặp vật cản nào cả. Như vậy, quả cầu không hiện diện nó trở nên vô hình. 

TRUNG LÊ