להיות בלתי נראה: ממדע בדיוני למדע

היכולת להיות רואה ואינו נראה היא חלום - או סיוט, תלוי את מי שואלים - של המין האנושי כולו מזה אלפי שנים. גיבורים ספרותיים רבים ניחנו ביכולת המופלאה, החל מהמלך גיגס בסיפורו של אפלטון (שמצא טבעת זהב שמעלימה אותו מעין), דרך האיש הבלתי נראה של ה' ג' וולס ועד לדנידין. גם בעולם האמיתי, רבים חלמו ועדיין חולמים בהקיץ על יכולת דומה, שתעזור להם לחמוק ממצבים מביכים - או ליצור מצבים כאלה עבור אחרים. בשנים האחרונות ממש, החלום העתיק יוצא מתחום המדע הבדיוני והפנטסיה ומתחיל להפוך למדע רציני. אז איך עושים את זה, והאם - כפי ששואל כמעט כל מאמר שרואה אור בתחום - "גלימת ההיעלמות" של הארי פוטר עומדת להפוך למציאות?

איך להפוך לבלתי נראה

במובנו הרחב ביותר, הביטוי "בלתי נראה" כולל כל אובייקט שאיננו יכולים להבחין בו ולזהותו בעזרת חוש הראייה. הגדרה זו מקיפה מקרים טריוויאליים כמו חתול שחור בחושך, או דוב קוטב בסופת שלגים. גם הסוואה רגילה משרתת בסופו של דבר את אותה הפונקציה. בכל המקרים הללו, האובייקט הוא "בלתי נראה" מכיוון שלא ניתן להבדיל בעין בינו לבין סביבתו, אך אם נדליק פנס מאחוריו, אור הפנס עדיין יוסתר מעינינו. "בלתי נראות" אמיתית תאפשר לצופה לראות את אור הפנס, וזאת באחת משתי דרכים: או שהאובייקט יציג, על גבי מעין מסך בצדו האחד, מה שמתרחש מצדו השני - או שקרני האור המקוריות מהפנס יעברו פיזית דרכו או יעקפו אותו כך שיגיעו לעיני הצופה כאילו לא היה שם כלל.

השיטה הראשונה מוגבלת מאד על ידי הפרמטרים הטכניים של המסכים והמצלמות שאנו מסוגלים לייצר, ובוודאי שאינה מתאימה ליצירת גלימה שתהפוך את בעליה לרואה ואינו נראה מכל זווית הסתכלות. עם זאת, אפשר בהחלט לדמיין "העלמה" אסתטית של מתקנים סטטיים ומכוערים כמו ארונות חשמל, אנטנות סלולריות, פרוייקטי בניה מפוקפקים בערים מרכזיות ועוד. בתמונה הבאה אפשר לראות פרויקט של חוקר יפני בשם סוסומו טאצ'י (Tachi), בו תמונה שמצולמת במצלמת וידאו, שנמצאת מאחורי דמות ה"רפאים", מוקרנת בזמן אמת (ומלפנים) על הגלימה שלה. חלק גדול מהאפקט מושג בזכות תנאי התאורה הספציפיים.

חומרים חדשים

השיטה השניה קשה מאד לביצוע, אך היא מבוססת על עקרונות פשוטים ומוכרים של מדע הפיזיקה והאופטיקה. לכל חומר מוגדר "מקדם שבירה" (Refractive index), אשר מציין את היחס בין מהירות האור בוואקום (המקסימלית האפשרית) לבין מהירות האור בתוך אותו חומר. כאשר אור עובר דרך שני חומרים בעלי מקדם שבירה שונה, הזווית שלו משתנה בהתאם לערכי המקדמים שלהם (חוק סנל). עבור חומרים בעלי מקדם שבירה קרוב ל-1, הזווית כמעט אינה משתנה והתוצאה היא שהם נראים לנו שקופים. בחומרים אחרים, האור חוזר לכיוון המקור ואינו נראה מהצד השני כלל (כמו במראה). אמנם לא נמצאה עדיין דרך מעשית לשנות את מקדם השבירה של חומרים רגילים, כך ששיקוי פלאים כמו זה של דנידין אינו אופציה, אך מדענים הצליחו לפתח חומרים - או ליתר דיוק, מבני חומר - בעלי מקדם שבירה שלילי שאינו קיים בטבע, וסידור נכון של "מטה-חומרים" כאלה מאפשר כיפוף של גלי האור כך שיעקפו אובייקט ויגרמו לו להיעלם מהעין.

ההדגמה המעשית הראשונה של אפקט זה נעשתה בשנת 2006, על ידי חוקרים באוניברסיטת Duke. בתמונה למטה, שלקוחה מסרטון שהפיקו, אפשר לראות כיצד גליל, שמפריע להתקדמות הגלים משמאל לימין (בחלק התחתון של התמונה), הופך ל"שקוף" עבורם כאשר מקיפים אותו בטבעת של מטה-חומר מתאים (בחלק העליון). לרוע המזל, לא רק שהסתרה זו אינה מושלמת - היא גם פועלת רק בתדרי מיקרוגל מסוימים שאינם נראים בעין. התדרים של האור הנראה קצרים הרבה יותר ומשתרעים על פני טווח רחב יחסית, ולכן יצירה של מטה-חומר שיעשה את אותו הדבר עבורם מסובכת הרבה יותר. נכון להיום, החוקרים הצליחו "להעלים" אובייקט לאור אדום נראה לעין, אך הדרך לספקטרום המלא עוד ארוכה. אגב, לעיוות כזה של אור יש יתרונות נוספים: הוא מאפשר ליצור עדשות מיקרוסקופיות ויעילות במיוחד (לצילום בזמן אמת של המתרחש בתוך תא בגוף, למשל), או רכיבים יעילים עבור מעבדי מחשב אופטיים, שיהיו מהירים יותר מכל מעבד שאנו מכירים כיום.

לא לעיניך בלבד

בלתי נראות "קלאסית" מתייחסת לאור נראה, אלא שאור מתנהג כמו גל, וגלים אפשר למצוא ולתמרן במקומות נוספים בטבע. לדוגמה, גלי צונאמי או גלי ענק בלב ים. גלים שכאלה עלולים להיות מסוכנים מאד למבנים כמו אסדות קידוח, ומימוש יצירתי של טכניקות מטה-חומרים עשוי להגן עליהם: אם האסדה תוקף בטבעת של מחסומים בגדלים ובריווח מתוכננים היטב, היא תהפוך לבלתי נראית עבור הגל, שימשיך הלאה בלי לפגוע בה ממש כאילו לא היתה שם. מניפולציה דומה של גלי קול יכולה, בתיאוריה, להפוך צוללות לבלתי נראות לסונאר.

קיימות מספר קבוצות מחקר ברחבי העולם שעוסקות בנושא הבלתי נראות במלוא המרץ, ומאמרים חדשים מתפרסמים בקצב מפתיע. היישומים בקנה מידה גדול, צבאי או אחר, עדיין אינם נראים באופק - ומצד שני, הם הרי גם לא ייראו...

אייקון: מבעד למראה

כתבה זו מבוססת בחלקה הגדול על ההרצאה "גלימת היעלמות: פנטסיה, מדע בדיוני ומציאות" של ד"ר אהרון האופטמן מהמרכז לחיזוי טכנולוגי באוניברסיטת תל אביב. ההרצאה התקיימה במסגרת פסטיבל "אייקון 2010: מבעד למראה", שנערך בתאריכים 26-29 בספטמבר במתחם אשכול פיס בתל אביב (בסמוך לסינמטק, בו מתקיים אירוע נפרד בשם "אייקון TLV"). הפסטיבל, שמאורגן על ידי האגודה הישראלית למדע בדיוני ולפנטסיה וקהילות חובבים נוספות, מציע תכנים רבים מעולם הספרות הז'אנרית והמדע, ומבחר פעילויות חובבים מכל הסוגים.