Cesta k „plášti neviditelnosti“ vede přes zlaté nanočástice
Neviditelnosti se v pohádkách dosahuje mnoha různými cestami či pomůckami. Jedna z nich je však reálnější než ty ostatní: plášť, pod nímž se dají věci „schovat“ tak, že se zdají být neviditelné.
Příspěvky v Meteoru 25. 4. 2015
01:16 Měřit teplotu pro meteorologii není jen tak
10:00 Co dělá příliv a odliv se Zemí
19:13 Letadlo s ohebnými křídly
22:32 Vodovod pomníkem despoty
35:33 Plášť neviditelnosti
46:51 Jak se pozoruje s kosmickým dalekohledem
„Dnes se už v podstatě dají udělat koberce neviditelnosti,“ říká fyzik Filip Novotný, „když pod ně něco schováte, není vidět hrbol. Hrbol vidíme proto, že část světla absorbuje a část rozptýlí jinak než rovná plocha. Koberec je uzpůsobený tak, že tyto optické jevy vyrovná. Světlo jako by hrbol ‚obteklo‘ a vyteklo úplně ve stejném směru.“
Oním zázračným materiálem mohou být nanočástice zlata. Jsou tak malé, že si mohou doslova hrát se světlem a kmitat na stejných vlnových délkách, jaké mají jednotlivé barvy světla. Kdybychom je uspořádali tak, že vždy sousední dvě částice budou kmitat právě opačným směrem, stanou se pro určitou vlnovou délku světla magnetickými a takové světlo se v nich bude šířit úplně jiným způsobem.
„Zlato magnetem nepřitáhneme. Ale působením světla na dvě částice kmitající proti sobě vytvoříme proudovou smyčku a proudové smyčky vždy vytvářejí magnetismus.“
Lámou světlo záporným směrem
Filip Novotný říká, že takovým materiálem světlo prochází, jako by měl záporný index lomu. Ve školách se sice učí, že index lomu záporný být nemůže, ale matematicky to tak vychází:
„Známá poučka říká, že hůl do vody ponořená zdá se býti nalomená. Zdánlivě se láme v místě, kde vstupuje do vody. Kdybychom ale měli kapalinu se ‚záporným‘ indexem lomu, hůlka by se v tom místě jakoby přesekla a odpadla na druhou stranu.“
Kapalinu jsme uvedli jen jako příklad, ve skutečnosti vědci tyto jevy studují na krystalech složených ze zlatých nanotyčinek. Ty musejí být uspořádány tak, aby kmitaly „proti sobě“. Existují sice přístroje, které umějí nanotyčinky skládat jednu po druhé, ale byť jen milimetrový krystal by skládaly celou věčnost.
Vědci se proto snaží zařídit, aby se tyčinky do kýženého tvaru seřadily samy. Příroda dovede vytvořit krásné pravidelné krystaly. Můžeme si to ověřit, když přesytíme roztok soli a necháme jej stát. Něco podobného by se mělo povést i s koloidním roztokem zlata, který obsahuje velké množství potřebných nanotyčinek.
Proč jsou krystaly pravidelné
Podle principů termodynamiky je pro látku výhodnější, když krystalizuje v určité uspořádané struktuře, objasňuje Filip Novotný.
„Za určitých podmínek je energeticky méně náročné udržet strukturu než chaotický shluk. Úhledný krystal má minimalizovaný povrch vystavený okolnímu prostředí a objem. Jakmile se částice usadí v optimální poloze, je pro ni náročnější se z ní vykopnout než v ní zůstat. A tak může začít růst krystal.“
Krystaly uspořádaných zlatých nanotyčinek tak nejsou nedostižným snem. Stačí „jen“ vhodně nastavit podmínky, teplotu, vlhkost – a krystal zlatých nanočástic se vytvoří sám.
Užitečné hrátky se světlem
Cílem těchto výzkumů není jen plášť neviditelnosti, o nějž mají zájem hlavně ve vojenství. Filip Novotný uvádí další příklady, jak by se uplatnily v běžném životě.
„Materiál by odváděl světlo, které nechceme pustit do místnosti, například ultrafialové. Zároveň by ho ale dokázal využít. Nebo bychom dokázali v optickém kabelu udělat pravoúhlou zatáčku beze ztrát, aby světlo nevyzařovalo ven. Tyto nové materiály nám dovolují úplně nové inženýrství se světlem.“
Více z pořadu
E-shop Českého rozhlasu
Kdo jste vy? Klára, nebo učitel?
Tereza Kostková, moderátorka ČRo Dvojka
Jak Klára obrátila všechno vzhůru nohama
Knížka režiséra a herce Jakuba Nvoty v překladu Terezy Kostkové předkládá malým i velkým čtenářům dialogy malé Kláry a učitele o světě, který se dá vnímat docela jinak, než jak se píše v učebnicích.
