Tài liệu: Ý nghĩa vật lý của hiện tượng tàng hình

9. Siêu vật liệu và hiệu ứng tàng hình Vào mùa thu năm 1943 trong lúc thế chiến thứ 2 đang đi vào thời kỳ quyết liệt, thì bỗng nhiên một nguồn tin được bắn ra từ phe Đồng Minh cho rằng hải quân Mỹ đã thành công trong việc chế tạo một loại tàu chiến tàng hình khi nhìn bằng mắt thường lẫn hệ thống radar.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tài liệu: Ý nghĩa vật lý của hiện tượng tàng hình Ý nghĩa vật lý của hiện tượng tàng hình 9. Siêu vật liệu và hiệu ứng tàng hình Vào mùa thu năm 1943 trong lúc thế chiến thứ 2 đang đi vào thời kỳ quyếtliệt, thì bỗng nhiên một nguồn tin được bắn ra từ phe Đồng Minh cho rằng hảiquân Mỹ đã thành công trong việc chế tạo một loại tàu chiến tàng hình khi nhìnbằng mắt thường lẫn hệ thống radar. Nguồn tin cho rằng chiến hạm USS Eldridgeđược dùng làm thí nghiệm trong Project Rainbow (Kế hoạch Cầu vồng) nhằm triểnkhai kỹ thuật tàng hình dùng trường điện từ để bẻ cong không gian và thời gian.Thậm chí có một số nhân chứng cho rằng họ đã thấy chiến hạm này đã tàng hìnhmấy phút đồng hồ liền trên đường di chuyển từ Philadelphia đến căn cứ Norfolk!Ngày hôm nay, người ta thừa hiểu đó chỉ là một cuộc vận động chiến tranh tâm lýđể làm lung lạc ý chí chiến đấu của phe Đức quốc xã. Đó là lời đồn đại, nhưng việcchế tạo một vật liệu có thể tàng hình trước con mắt thịt trần tục và con mắt thầnradar, tưởng chừng như chỉ hiện hữu trong tiểu thuyết viễn tưởng hay chiến tranhtâm lý, không ngờ giờ đây cái vật liệu lý tưởng đó cũng nằm trong tầm tay của cácnhà khoa học. Hiệu ứng tàng hình của siêu vật liệu có lẽ giống như một câu chuyện trongbộ phim kinh dị Nhật Bản mang tựa đề là Kaidan (Quái đàm) hay là Nhữngchuyện ma quái . Chuyện kể rằng có một người mù đàn tỳ bà cực hay nổi tiếngkhắp vùng tên là Hoichi sống trong một ngôi chùa. Trong một đêm khuya, mộtsamurai (võ sĩ) đến chùa mời Hoichi đến doanh trại của một vị Tướng Quân(Shogun) đánh đàn. Vị hòa thượng trong chùa biết đây là hồn ma tử trận trong mộttrận đánh vài trăm năm trước đến quấy phá Hoichi. Doanh trại của Tướng Quânthật ra là một bãi tha ma gần chùa chôn các tử sĩ samurai. Ông bèn dùng bút lôngvẽ bùa lên người Hoichi làm cho Hoichi tàng hình trước các hồn ma. Đêm sau,hồn ma samurai trở lại tìm Hoichi để đánh tiếp bản trường ca cho vị Tướng Quânnghe. Nhưng hồn ma không thấy Hoichi mà chỉ thấy một cái tai người đang lơ lửngđi qua lại trong không trung. Tìm không được Hoichi, hồn ma nổi giận tuốt gươmcắt đứt cái tai. Cái tai rớt xuống đất, máu tuôn xối xả. Hóa ra, cái tai đó chính là taicủa Hoichi mà vị hòa thượng đã bỏ sót quên vẽ bùa ngày hôm trước... Những dòng chữ ngoằn ngoèo bùa chú trong câu chuyện ma quái Nh ật Bản,những chuyện hiện hình, tàng hình trong cổ tích thần thoại, cái áo choàng củaHarry Potter hay là người vô hình trong tiểu thuyết của H. G. Wells phản ánh cáikhát vọng sở hữu khả năng biến hóa thần thông của con người. Những sản phẩmtàng hình viễn tưởng có tác dụng ngược, trở thành nỗi ám ảnh thường trực, mộtmục tiêu nhắm đến của các nhà khoa học. Liệu giờ đây trong giới hạn cho phép củacác quy luật vật lý, có vật liệu nào khi phủ lên sẽ làm cho ta hoàn toàn đến khôngthấy bóng hình, đi không để lại dấu chân, và sẽ cho con người một phương tiện làmthỏa mãn giấc mơ ngàn đời? Theo các thành quả nghiên cứu trong 10 năm qua,siêu vật liệu đang có câu trả lời khẳng định. Cũng giống như vật liệu hấp thụ radar,sự tác động của sóng điện từ trong hiệu ứng tàng hình cho thấy việc thiết kế siêuvật liệu cũng phải đặt trọng tâm vào điện tính (được diễn tả bằng độ điện thẩm) vàtừ tính (được diễn tả bằng độ từ thẩm). Lý thuyết về hiệu ứng tàng hình của siêu vật liệu đã được nhen nhúm qualiên hệ tư vấn giữa Pendry và công ty Marconi Materials Technology. Từ cái siêuthấu kính có chiết suất âm và một vùng trời tự do cho phép thiết kế những siêuvật liệu có độ từ thẩm và điện thẩm ở mọi trị số, Pendry tung ra một tuyệt chiêukhác. Năm 2006, ông và các cộng sự thảo luận một khả năng liên quan đến hiệuứng tàng hình là có phương pháp nào, ít nhất trên mặt lý thuyết, người ta có thểuốn nắn theo ý muốn của mình đường đi của sóng điện từ trong một không gianđặc biệt nào đó. Không gian đặc biệt này thực ra là siêu vật liệu. Pendry và các cộngsự xuất phát từ một ý tưởng cực kỳ đơn giản và đã chứng minh rằng sự uốn congcủa trường điện từ có thể được thực hiện bởi phương pháp chuyển đổi tọa độ(coordinate transformation) [25-26]. Nghĩa là, theo quan điểm toán học ở nhữngnơi đường đi của sóng bị uốn cong thì tọa độ cũng bị chuyển hướng, và trong hệtọa độ mới họ suy diễn ra trị số của độ từ thẩm và độ điện thẩm sao cho phươngtrình sóng Maxwell vẫn được thỏa mãn. Như thế, Pendry đã sáng tạo ra mộtphương pháp mới gọi là quang học chuyển đổi (transformation optics). Phươngpháp này giúp ta tìm ra những trị số của độ từ thẩm và độ điện thẩm thích ứng, haynói khác hơn những trị số chiết suất cần thiết để dẫn dụ uốn cong đường đi củasóng điện từ trong môi trường siêu vật liệu. Kết quả của Pendry và các cộng sự cho thấy khi siêu vật liệu được phủ (cloak)lên một vật, sóng điện từ (hay ánh sáng) thay vì đi theo một đường thẳng đâm sầmvào mục tiêu gây ra phản xạ, nhiễu xạ như ta thường biết thì bây giờ sẽ bị uốn congtrong lớp phủ, đi vòn ...