Scientia

Invizibilitatea este un domeniu de interes astăzi pentru cercetători de pretutindeni. Dar pot fi făcute lucrurile invizibile? În ce constă acest lucru? Ne putem "furişa" într-un univers paralel pentru a ne ascunde de această lume? Citeşte detalii în continuare.

METAMATERIALELE - MATERIALE CARE FAC INVIZIBILITATEA POSIBILĂ

Metamaterialele au fost create în laborator în anul 2006. Acestea au o proprietate foarte interesantă şi anume un indice de refracţie negativ sau subunitar. În natură toate materialele existente au indicele de refracţie mai mare decât unu. Atunci când lumina trece printr-un mediu transparent cum ar fi apa sau lentilele ochelarilor, ea este îndoită sau deviată de la direcţia iniţială. Devierea se produce deoarece la intrarea într-un mediu transparent viteza  luminii este încetinită, ceea ce înseamnă că lumina va fi mai lentă atunci când, de exemplu, trece prin lentilele ochelarilor dumneavoastră.

Vom putea purta haine care să ne facă invizibili?

Deocamdată nu au fost inventate haine care să ne facă invizibili, dar s-au făcut progrese uimitoare în ramura metamaterialelor. Acestea sunt obţinute prin implantarea unor circuite foarte mici în anumite substanţe, cum ar fi cuprul. Modul de funcţionare al metamaterialelor este deosebit de interesant: acestea îndoaie şi deviază microundele, ca şi cum ele ar trece pe lângă un cilindru, iar apoi revin la direcţia lor iniţială, făcând un obiect transparent, ca şi cum obiectul nu ar face parte din peisaj.

Un asemenea material care poate face un obiect invizibil funcţionează foarte bine pentru microunde. În ceea ce priveşte lumina vizibilă, metamaterialele există doar pentru lumina roşie şi cea verde. Până la crearea unui material care să devieze toate culorile în care se descompune lumina va mai dura probabil o vreme, dar dezvoltarea în acest domeniu este rapidă.

Pentru a construi materiale cu indice de refracţie negativ pentru toate culorile luminii, inginerii trebuie să manipuleze atomii. Un exemplu: lungimea de undă asociată microundelor este de trei centimetri, prin urmare montajele care trebuie încorporate pentru a crea un material invizibil la microunde trebuind să fie mai mic de trei centimetri. Însă, în cazul luminii verzi, de pildă,  lungimea de undă este de 500 de nanometri, deci este nevoie de un montaj mai mic de 50 de nanometri pentru a construi un metamaterial sensibil la această culoare a luminii.

Pornind de aici se estimează că în viitor se vor putea crea computere foarte mici ca dimensiune folosindu-se nanotehnologia, deoarece dimensiunea tranzistorilor care intră în componenţa unor asemenea dispozitive electronice se reduce considerabil.

Pe viitor oamenii de ştiinţă vor să folosească în construcţia metamaterialelor cipuri care folosesc lumina pentru a funcţiona, în loc de cele care funcţionează cu ajutorul electricităţii. Fizicienii spun că inventarea metamaterialelor va avea foarte multe aplicaţii uimitoare chiar în viaţa de zi cu zi, cum ar fi diagnosticarea şi tratarea unor boli ale copiilor cât încă sunt în pântecul mamei sau s-ar putea privi interiorul unei celule umane cu foarte multă claritate!

Există însă şi alte abordări, mai puţin ortodoxe, dar luate totuşi în considerare chiar şi de către oamenii de ştiinţă, ale discuţiei despre invizibilitate. Ce devine ideea de invizibilitate dacă ne referim la un spaţiu cu mai multe dimensiuni, iar nu la unul tridimensional, cum este al nostru? Pentru a deveni invizibil ar fi de ajuns ca cineva să „sară” într-o dimensiune superioară ori, mai bine zis, să ocupe, de pildă, un spaţiu cu patru dimensiuni. Şi aici intră în discuţie universurile paralele.

UNIVERSURI PARALELE

Când vorbim de universuri paralele avem de-a face cu trei posibilităţi: hiperspaţiul, multiversul şi universurile cuantice. Aici vom discuta despre hiperspaţiu sau dimensiunile superioare.

Este posibilă existenţa universurilor paralele?

Problema dimensiunilor superioare este deosebit de interesantă. Ce legătură are tehnologia cu universurile paralele? Deşi descoperirea unor asemenea lumi pare foarte îndepărtată, beneficiile pe care le-ar aduce sunt impresionante şi de aceea merită să discutăm puţin subiectul. Dacă cineva s-ar "furişa" într-un alt univers,  să zicem într-unul cvadridimensional, nu numai că ar deveni invizibil, dar acea persoană ar putea privi lumea noastră tridimensională aşa cum noi privim o foaie de hârtie bidimensională. Persoana respectivă ne-ar vedea în acelaşi timp şi faţa şi spatele, (altfel spus, ieşind din zona ştiinţei, nu am putea ţine nici un secret faţă de o asemenea persoană). Nu am putea ţine în închisoare o persoană capabilă să călătorească între două lumi cu dimensiuni diferite, deoarece pentru ea o evadare ar însemna ceva echivalent cu faptul de a ieşi dintr-un cerc (obiect bidimensional) pentru un om din universul nostru. În concluzie, dacă am avea capacitatea de a manipula dimensiunile superioare am deveni nişte zei! Beneficii de mare importanţă am avea şi în medicină de pe urma descoperirii şi a manevrării universurilor paralele, de exemplu operaţiile s-ar putea face fără a fi nevoie să se folosească bisturiul, adică fără a tăia pielea! Sunt deocamdată doar scenarii fanteziste, dar unii oameni de ştiinţă cu notorietate le iau deja în calcul !

Astrofizicienii afirmă că este posibil ca universul în care trăim noi să plutească într-o mare de universuri care hoinăresc într-un univers mai vast, mai mare. Existenţa lumilor paralele nu este doar o idee foarte frumoasă. Presupunerea că ele sunt reale a dus la găsirea unei posibile explicaţii pentru identitatea misterioasei materii întunecate. Se consideră că toată materia vizibilă şi energia detectabilă din universul nostru (planete, stele, găuri negre, etc.) reprezintă doar 6% din totalul materiei şi energiei existente. S-a demonstrat că restul de materie şi energie întunecată sunt reale, dar încă nu s-a stabilit natura lor. Una din ipoteze afirmă că materia întunecată este alcătuită din materie obişnuită, numai că aceasta pluteşte într-un univers paralel aflat chiar lângă al nostru, astfel putându-se explica imensa atracţie gravitaţională pe care materia întunecată o exercită asupra corpurilor din jurul ei. Conform teoriei corzilor, gravitonul (particula care intermediază forţa gravitaţională) are capacitatea de a părăsi Universul nostru tridimensional, deoarece coarda vibrantă din care este alcătuit nu este fixată pe membrana universului nostru. Universurile paralele nu sunt detectabile în mod direct deoarece, spre deosebire de graviton, lumina nu poate părăsi lumea noastră, universurile paralele fiind aşadar invizibile pentru noi. Dar se crede că gravitaţia este atât de slabă faţă de alte forţe care guvernează funcţionarea universului nostru deoarece ea poate părăsi lumea noastră,  manifestându-se şi într-unul, ori mai multe universuri paralele !

Oricât de frumos ar fi scenariul multiversului, observăm că unele consecinţe ale posibilei sale existenţe sunt foarte incomode. Motivul poate fi chiar îngrijorător, deoarece, dacă aceste universuri se mişcă, există posibilitatea ca ele să se ciocnească oricând. De fapt există o teorie care spune că Big Bang-ul nu este altceva decât rezultatul coliziunii dintre două membrane (sau universuri paralele) !

ANTIMATERIA – ENERGIE LA SUPERLATIV

Antimateria este asemănătoare materiei obişnuite, cu singura diferenţă că posedă sarcină electrică opusă. De pildă, antiparticula electronului se numeşte pozitron şi are aceleaşi caracterisitici cu electronul, diferită fiind doar sarcina electrică a acesteia (una pozitivă, iar nu negativă).

Antimateria a fost descoperită şi în natură, dar a fost creată şi în acceleratoarele de particule în cantităţi extrem de mici, costurile pentru producerea antimateriei fiind extrem de ridicate. La contactul dintre antimaterie şi materia obişnuită se eliberează o cantitate uriaşă de energie. Dacă ne gândim la nevoile de energie ale omenirii, antimateria ar reprezenta soluţia ideală, deoarece o cantitate extrem de mică de antimaterie concură la eliberarea unei energii enorme. De exemplu, ar fi nevoie de numai 30 de miligrame de antimaterie pentru a alimenta o rachetă care să ne ducă într-o excursie până la planeta Pluto! În prezent se lucrează la reducerea costului de producţie a antimateriei, dar deocamdată nu există laboratoare speciale care să se ocupe doar cu fabricarea antimateriei, ea fiind obţinută în acceleratoarele de particule în care se efectuează şi alte experimente.

Pozitronul - antiparticula electronului

Se crede că în momentul în care a avut loc Big Bangul, cantitatea de materie şi de antimaterie erau aproximativ egale, separate deci doar de o mică diferenţă. (Dacă materia şi antimateria ar fi fost cantitativ egale, atunci universul nostru nu ar mai fi existat, deoarece cele două entităţi s-ar fi anihilat odată ce ar fi intrat în contact). Este posibil ca energia uriaşă care s-a eliberat în momentul marii explozii să fi provenit de la reacţia dintre materie şi antimaterie, restul de materie care a rămas dând naştere Universului nostru. Unii fizicieni sunt de părere că undeva în spaţiul cosmic există unele zone alcătuite exclusiv din antimaterie. Dacă tehnologiile viitorului ne vor permite să le descoperim şi să le şi accesăm, poate cândva  ele vor fi utilizate pentru a satisface nevoia tot mai mare de energie a umanităţii. Un scenariu extrem de fantezist, dar multe alte idei păreau la fel în urmă cu 100 de ani!

Nu putem să vorbim de antimaterie fără să îl pomenim pe Paul Dirac, ilustrul fizician britanic. Dirac avea incredibile abilităţi în matematică. Lucrând doar la nivel teoretic, fără a se baza pe vreun experiment, el a reuşit să prezică existenţa antimateriei şi a spinului electronic. La doar 31 de ani a primit premiul Nobel pentru importantele descoperiri pe care le-a făcut în domeniul fizicii. Cu toate că era un geniu, inteligenţa ieşită din comun a lui Dirac a venit cu un preţ: se crede că suferea de o anumită formă de autism numită sindromul Asperger. Persoanele care suferă de această boală comunică foarte greu, evită ieşirile în public sau sunt extrem de timide. Iar unele dintre ele pot fi înzestrate cu deosebite abilităţi matematice, cum a fost pare-se şi cazul lui Dirac. În prezent scaunul de la Cambridge care a fost ocupat de Dirac este al lui Stephen Hawking – o altă figură celebră a fizicii moderne.

Se pare că din punct de vedere al tehnologiei pe care este posibil să o folosim, viitorul sună foarte bine! Să sperăm că vom vedea efectele descoperirilor cât mai curând şi în viaţa de zi cu zi.

Autor: Mihaela Borodi

BIBLIOGRAFIE:
Michio Kaku: Parallel Worlds
Michio Kaku: Physics of the Impossible