חוקרים סינים בנו בהצלחה מכשיר ספיחה אלקטרומגנטי לתדירויות מיקרו. המכשיר, שמורכב מ-60 טבעות גליליות דקות וצפופות ממטא-חומרים מסוגל לספוח קרינת מיקרו, ובכך הוא דומה למה שבאסטרופיזיקה מכונה “חור שחור” (שסופח אליו חומר וקרינה)
המחקר אשר פורסם בכתב העת New Journal of Physics, מציג כיצד המדענים ניצלו את התכונות היחודיות של מטא-חומרים, שאלו קבוצת חומרים מלאכותיים ומסודרים היכולים לעוות אור וגלים אחרים.
קיאנג צ’אנג ביחד עם תי ג’ון קוי מאוניברסיטת ננג’ינג בסין עיצבו את מכשיר הספיחה המכונה “הסופח האלקטרומגנטי הרב-כיווני”, בעזרת לוח חשמלי שהכיל 60 רצועות של מעגלי נחושת קרובים זה לזה. בכל שכבה מוטבעות תבניות משתנות, שיוצרות גלים אלקטרומגנטיים בעלי תהודה או שאינם בעלי תהודה.
המכשיר יכול ללכוד ולספוח גלים אלקטרומגנטיים שמגיעים מכל הכיוונים ע”י כיוונון הקרינה כלפי פנימה והפיכת האנרגיה שלה לחום ש-99% ממנו נבלע במכשיר. בכך הוא מתנהג כמו “גוף שחור אלקטרומגנטי” או “חור שחור אלקטרומגנטי”.
כרגע המכשיר פועל רק על גלי מיקרו. הצעד הבא של שהחוקרים הוא לפתח מכשיר חור שחור לגלי האור הנראה.
התוצאות העדכניות של המחקר יכולות לבוא לידי ישום באפליקציות בתחום גלי המיקרו. במאמר נכתב “ישנה הסכמה כוללת בין התיאורטיקאים לבין הניסיונאים בנוגע ליכולות המעולות של מטא-חומרים כמועמדים לבניית מכשירי ספיחת קרינה רב-כיוונית”.
“מאחר והליבה יכולה להמיר אנרגיות אלקטרומגנטיות לאנרגית חום, אנו מצפים שלמכשיר יהיו אפליקציות בתחום הפליטה התרמית וספיחת גלים אלקטרומגנטיים.”
27 תגובות
כל אחד יהיה ברשותו מכשיר חור שחור, ליצירת חשמל. כך בעיית חברת החשמל תיפתר אחת ולתמיד.
כשיהייה חור שחור אמיתי עם קרינת הוקינג אז כל הבולשיט הפוליטי שמסביב למקורות אנרגייה יהיה אובסוליטי.
שקרים!
הסינים לא יודעים לייצר רדיו שיעבוד כמו שצריך אז חור שחור?
הנה מאמר לדוגמא שפורסם ממש לפני חודשיים:
http://www.nature.com/nmat/journal/v9/n5/abs/nmat2747.html
וההסבר בשפת בני אדם….:
http://www.amolf.nl/news/detailpage/back_to/news/article/optical-metamaterial-with-negative-refractive-index-for-visible-light//chash/7df92703a2/
שוב הרעיון הוא לא להשתמש בתכונות הכימיות של החומר, שהן מאוד משמעותיות בתכנון חומרים. אלא במקום זאת ליצור תכונות חומר לגמרי חדשות. עושים זאת על ידי יצירת מבנים בחומר שמגיבים לקרינה הנכנסת בצורה אקטיבית במקום בצורה פסיבית. נוצר מן שדה רוטט שמשנה את האופן שבו האור מתפשט בתוך החומר. באופטיקה מקדם שבירה שלילי פירושו שהאור שנכנס לתווך צפוף יותר מתעקם בכיוון ההפוך לזה החיובי – הכיוון הרגיל לנו. אין כזה דבר בטבע ויוצרים זאת רק על ידי הנדסת החומר. אולם ישנה בעיה משותפת לכל החומרים המהונדסים האלה: התכונות הם תלויות בתדירות. פירושו של דבר שמטא-חומר אחד שהוא מתכונן לפעול בתדירויות המיקרוגל לא יסתיר את האור הנראה או תדירויות רדיו.
אהוד ומי ששאל,
קל ליצור מטא-חומרים שמעקמים גלי מיקרוגל אחורנית, מכיוון שזו רק שאלה של סידור הרכיבים, כמו למשל החוטים המוליכים והטבעות הזעירות ושאר הרכיבים בפנים המערך המהונדס בסקאלת גודל זעירה, כלומר בסקאלת הסנטימטר.
אבל השאלה היא האם מבנים כאלה יעבדו עבור האור הנראה? כי אז יש לכווץ אותם לרמת הננומטר. ואז התכונות החשמליות של המתכות המוליכות לא מתאימים יותר לאורך הגל של האור הנראה. ואז מה שקורה שבמקום שהתכנון הקפדני שהיה טוב ברמת הסנטימטר לאורכי גל בתחום המיקרוגל, עתה משהקטנו אותו לרמת הננו-מטר, הוא עשוי לא לפעול באורכי הגל של האור הנראה.
אז יש האומרים שיתכן ואי אפשר לבנות מטא-חומרים בעלי מקדם שבירה שלילי לאור הנראה. אולי אף פעם לא נצליח לייצר מטא-חומרים בעלי מקדם שבירה שלילי אפקטיבי לאור הנראה. אחרים עדיין מחפשים מערכים של מבנים בתחום הננו, כמו למשל ננו-חוטים, ננו-חלקיקים וכל מיני מבני ננו שמשולבים בחומרים שונים כך שיעבדו כמטא-חומרים מושלמים בעלי מקדם שבירה שלילי לאור הנראה. וכל פעם צץ מחקר חדש שמודיע: מצאנו מטא-חומר מסתיר לאור הנראה. הנה גלימת ההעלמות החדשה. ואז עיתוני מדע מודיעים על התגלית ומופיעה תמונה של הארי פוטר…
למטא חומרים יש באופן כללי תכונה שתלויה במבנה של הרכיבים שלהם ולא בתכונות של החומרים שמהם הם בנויים. ולכן חושבים שהם יכולים לגרום לאור לעשות כל מיני דברים שהם בלתי אפשריים בחומרים טבעיים, כמו למשל לעקמו אחורנית ולהקנות לו אפקט דופלר לאחור.
אבי אני מודה לך על תשובתך המלומדת
כעת יכול אני לישון בשקט מבלי שתהיות תטרדנה את מנוחתי
אני מניח ששיקול הדעת מאחורי ההחלטה על שינוי הלוגו הוא שכדור הארץ הוא דבר יותר סימפטי מטיל;
מצד שני גם כדור הארץ כבר לא כזה סימפטי ובסבב הבא אני מציע לשנות את הלוגו לגור חתולים או ליעל
יעל תודה
עדיין איני מבין מה מעניק למטא-חומרים את תכונותיהם האופטיות המיוחדות קרי איך מייצרים חומר עם מקדם שבירה שלילי? מדוע יש בעיה לייצר מטא-חומר עם מקדם שבירה שלילי בתחום הנראה?
ומהו המימד של החורים השחורים שנוצרו במעבדה. חורים שחורים אסטרונומיים “חיים” במרחב ארבע מימדי מה לגבי החור השחור שייצרו המדענים הסיניים? מהתמונההייתי מצפה כי הוא יתנהג כחור שחור במימד מרחבי אחד (הרדיאלי) , אבל זו סתם ספקולציה.
Sonne, הלוגו של הידען היה טיל עד לפני כשנה וחצי או שנתיים.
כל זה טוב ויפה אבל יש דברים שיותר מטרידים…
נכון כשנכנסים בדפדפן לעמוד אז הוא מקבל אייקון שלו (בקטן כזה), אז האייקון של הידען זה טיל נכון? זה נראה לי כמו טיל אבל אני לא בטוח
בעמוד הראשי הלוגו של הידען זה בכלל כדור הארץ אני כולי מבולבל =(
אודה לדעתכם המלומדת
בהינתן כי המטא חומרים אינם על-מוליכים, נראה כי הטמפרטורה שלהם אמורה
לעלות בעקבות הקרנתם בתדירויות המיקרו.
אזי הם פולטים קרוב לוודאי קרינת אינפרא בעיקבות עליית הטמפרטורה.
זה לא ממש חור שחור.
הסתכלתי במאמר המקורי
http://iopscience.iop.org/1367-2630/12/6/063006/pdf/1367-2630_12_6_063006.pdf
כנראה שלא משקיעים בו אנרגיה, אבל בכל מקרה זה לא בעיה להפוך גלים לאנרגית חום, זה מה שקורה בתאים סולריים. יכול להיות שלמטא-חומרים יש ערך מוסף בתחום זה, אבל אני לא חושבת שזו הפואנטה.
מטרתם הסופית המוצהרת של החוקרים ליצור מכשיר אופטי שיספח גלים ספיראלים בתדירויות מסוימות.
סוף סוף יהיה אפשר להפריך או לאשש את קרינת הוקינג
אולי יש כאן שימוש אפשרי בעתיד בתחום האנרגיה כמדיה שקולטת תדרים בתחום מסויים והופכת אותם לאנרגיה נצילה? האם נדרשת השקעת אנרגיה בחור השחור הזה כדי שיספח גלים אלקטרומגנטיים?
אהוד,
Metamaterials are artificial materials engineered to provide properties which may not be readily available in nature. These materials usually gain their properties from structure rather than composition, using the inclusion of small inhomogeneities to enact effective macroscopic behavior.[1][2][3]
מתוך ויקיפדיה
http://en.wikipedia.org/wiki/Metamaterial
מה שחשוב כאן זה הסידור של חלקיקי החומר יותר מאשר ההרכב הכימי שלהם- זה נותן להם תכונות מסוימות שאי אפשר או שמאוד קשה למצוא בחומרים בטבע.
גלי
ההערות שלך מענינות מאד ומעלות אצלי שאלות רבות.
לא הבנתי למה דוקא בתחום הנראה יש למטא-חומרים בעיה? כלומר למה דוקא בתחום הנראה מטא-חומרים אינם בולעים? אין משהו מיסטי בתחום הנראה סה”כ זהו איזור מסוים בספקטרום האלקטרו-מגנטי.
אני מניח כי מקדם השבירה השלילי גורם לאור לדעוך בתוך החומר אבל הייתי שמח לשמוע עוד על
משמעות חומרים עם מקדם שבירה שלילי. מה מלבד מקדם השבירה מייחד אותם מחומר רגיל?
הזכרת כי המטא חומרים מהונדסים באמצעות ננו-טכנולוגיה מדוע דרושה ננו-טכנולוגיה לשם כך? מדוע לא ניתן למצוא בטבע חומרים בעלי תכונה זו או פשוט לסנתז אותם כימית?
אגב דברת על טרנספורמציה מתמטית בין המטריקה ביחסות כללית למרחב של אופטיקה. על איזה מימד מדובר? ביחסות כללית המטריקה היא מטריצה 4 על 4 (כמו הג’יפ) מה המימד של החור השחור האופטי ? לא נראה לי שיש מספיק דרגות חופש לייצר אנלוגיה למטריקה 4 מימדית.
בקשר למטא-חומרים לצורכי חמקנות, למי שמתעניין :http://www.popsci.com/technology/article/2010-06/metamaterials-are-new-black-and-perhaps-new-stealth (פורסם לאחרונה במדע פופולרי).
יש ידיעה מעניינת בתחום האלקטרומגנטיות (פריצת דרך בתחום של סורקי תהודה מגנטית קטנים) (לא ממש קשור לעניין הכתבה הנ”ל,רק רציתי להפיץ): http://www.popsci.com/science/article/2010-06/breakthrough-could-shrink-nmr-magnets-room-size-palm-size
מה זה “חור שחור סוני”? יש חורים שחורים שיעיים??
ההמצאה אינה צעד בדרך ליכולות “בלתי נראה”
למעשה ידועים למדע זמן רב חומרים הבולעים קרינה בתחום הנראה. חומרים אלו מכונים בדרך כלל בשם הלא כל כך מדעי “כל דבר שצבעו שחור”
אכן צביעת גוף בשחור תקשה על הבחנה בו באמצעים אופטים בסביבה חשוכה (קשה לראות אותו בלילה) אבל מכאן ל”בלתי נראה” הדרך ארוכה.
(:
אהוד,
רציתי להתיייעץ איתך בנושא מסויים, אם תוכל בבקשה
לכתוב אל [email protected]
סליחה על ההפרעה עם שאר הקוראים.
תודה
אולי אם יצליחו לבנות אחד כזה שסופח קרינה מייננת אפשר יהיה למגן מסעות מאויישים לחלל כמו שצריך
קסיאנג זאנג – הידוע במחקריו במטא-חומרים – מהמעבדה בברקלי בקליפורניה גם בנה מודל לחור שחור ארצי: http://www.notes.co.il/gali/58706.asp.
ראוי לזכור שמדובר במודל. מדובר באנלוגיה אופטית-מכנית. זאנג לקח מטא-חומר שפועל בתחום האינפרא-אדום: Gallium Indium Arsenide Phosphide GaInAsP והוא השתמש בתכונה הידועה של המטא-חומרים שמעוותים את גלי האור.
מבחינה מתמטית זה מבוטא בעזרת אופטיקת טרנספורמציה: transformation optics.
החוקרים החלו לחשוב על מרחב-זמן אלקטרומגנטי באנלוגיה למרחב האופטי – מדובר באופטיקת הטרנספורמציה עבור חומרים בעלי מקדם שבירה שלילי. כלומר, טרנספורמציית קואורדינאטות, על מסלולי האור בקווים עקומים בגריד של קואורדינאטות שעברו טרנספורמציה וכל זאת עבור האלקטרומגנטיות בהנדסת מטא-חומרים.
בכל מקרה בענין המטא-חומרים מדובר בהנדסה ברמת הננו של החומר. גם כאן זה אמור להיות ככה. נכון ג’ף שטיינהאור בנה חור שחור סוני והמשיך מסורת של מחקר בתחום החורים השחורים הסוניים. בזמנו פרסמתי על זה מאמר ב-Ynet:
http://www.ynet.co.il/articles/0,7340,L-3734068,00.html
ישנה בעיה לעבור לגלי האור הנראה באופן כללי במטא-חומרים. היו מחקרים שהכריזו: הצלחנו ליצור מטא-חומרים מסתירים בתחום האור הנראה. אבל תמיד ישנה איזו שהיא בעיה. נראה שגלימת העלמות נוסח הארי פוטר או דני דין הרואה ואינו נראה יצטרכו להשאר בספרי הרפתקאות. או לחילופין חור שחור… לא יתגלה על כדור הארץ.
זה אינו “החור השחור” הראשון שייצרו, אפילו כאן בארץ יוצר “חור שחור ” אקוסטי במעבדה בטכניון(מעבדתו של ג’ף שטיינהואר ).זהו כן, השחור הראשון שיוצר שסופח קרינה אלקטרו-מגנטית.
ר.ח.
יש מהצדק בדבריך אבל יש צורך להבין את הקונטקסט הרחב. מדע האסטרונומיה והאסטרופיזיקה עוסקים בתצפיות אין לחוקריםכמעט אפשרות לבצע ניסויים. ישנה לדוגמא תחזית מדהימה לגבי חורים שחורים שטרם נצפתה הלו היא קרינת הוקינג (יש הטוענים כי הוקינג יזכה בנובל כאשר היא תתגלה). בקונטקסט זה יש להבין את הניסון ליצור במעבדה מודלים שניתן לחקור של גופים אסטרונומים.
אליהו
יקח הרבה זמן עד שניסוי זה כמתואר יניבו הישגים טכנולוגיים. בהקשר של מטוס חמקן יותר טבעי לחשוב על ניסוי גלימת ההיעלמות עליה דווח כאן בידען הפיכת אובייקטים לשקופים. חור שחור הוא קל מאד לזיהוי לא מגיע ממנו אור!
לעניות דעתי זו סתם כותרת פופוליסטית. מה הקשר בין מה שהם פיתחו לבין חור שחור? חור שחור הוא גוף בעל מסה גדולה שכתוצאה ממנה מהירות הבריחה גדולה ממהירות האור ולכן שום דבר לא יכול לצאת ממנו. האם לכן כל דבר שסופח הוא חור שחור? האם פחם פעיל הוא חור שחור? ספוג הוא חור שחור?
כמו שזה נשמע, אני מניח שיהיה ניתן ליצור מזה יכולות של “בלתי נראה”, הרי ראיה מתבססת על החזר של הפוטונים שפוגעים במשטח, אבל מה קורה כשפוטונים לא חוזרים?… מעניין?! אכן…
כמו שזה נשמע, אני מניח שיהיה ניתן ליצור מזה יכולות של “בלתי נראה”, הרי ראי מתבססת על החזר של הפוטונים שפוגעים במשטח, אבל מה קורה כשפוטונים לא חוזרים?… מעניין?! אכן…
או שאולי אפשר לבנות מזה מטוס חמקן בעתיד ?
הם בעצם בנו סופר-מזגן