Từ hữu hình đến vô hình -
Phần 1
Sự tàng hình nay đã là hiện thực. Nhưng các nhà khoa học chưa hài lòng
và vẫn đi tìm món chén thánh: một cái áo tàng hình che giấu những vật thể vĩ
mô nhìn từ mọi góc độ bằng ánh sáng nhìn thấy không phân cực. Wenshan Cai
và Vladimir Shalaev trình bày con đường phía trước trong cuộc truy tìm này.
Khi chiếc áo tàng hình đầu tiên đượctạo ra tại trường Đại họcDuke hồi năm
2006, chúng tôi đã hăm hở kể với bạnbè, sinhviên, và cả học sinhtrung tiểu học
mọithứ về nó. Rốt cuộc đây chẳnglà một trong những giấc mơ tối hậu của thời thơ
ấu thân thương trong mỗi con người chúngta – chấtliệu dệt nênnhững câu
chuyện kể và thầnthoại mang đếncuộc sống và sự thành công rực rỡ củakhoa học
hiện đạiđấy hay sao?Cái hữu hình nhất đã trình làngtrước nhữngvị khángiá
đang trông ngóng là ảnhcủa một dụng cụ hìnhtròn. Nhưng chúngta vướng phải
một số cái khó hiểu. Về sự phản xạ lộnxộn là có thể hiểuđược, nhưngbên cạnh đó
vẫn cónhững nhược điểm.
Các nhà khoa họcchúng tôi cảm thấy hài lòng và hàohứngkhi nhìn thấy sự
tán xạ triệt tiêu của một sóngđiện từ 9 GHz. Nhưng đối với đôngđảo mọi người, từ
“vi sóng” chẳng gì hơn làmột dụngcụ nhà bếp dùngđể hâm nóngthức ăn thừa của
ngày hômtrước, và việccó phát hiện hay không pháthiện một loại sóngkhôngthể
cảm nhận như vậy dường như không có gìquan trọng cả. Dẫusao thì từ tàng hình
vốn đượcsuy luận ra từ sự nhìn, theonghĩađen đúnglà có liên quanđến cái nhìn
bằngmắt. Đặc biệt, chúngta tự nhiên hạn chế sự quantâm củamình với cảm giác
nhìn mà mắt ngườicảm nhận. Mặc dù nhiều loài ongcó thể nhìnthấytia tử ngoại
và mộtsố loài rắn có thể cảm nhận tia hồng ngoại, nhưng mắt trần của chúngta có
thể nhìn thấy bức xạ chỉ trong mộtvùng rấthạn chế của phổ điện từ, với đầutím
của nóở bước sóngkhoảng 380 nmvà đầu đỏ kết thúcở bước sóngngắnhơn 780
nm.
Vì thế, mục tiêu dễ thấy củanghiên cứu tànghình là làm chonhững vật hàng
ngày biến mấttrước cái nhìn chất phác. Điều này có nghĩa là hiệu năng của áo tàng
hình không nên nhạy với ánh sáng trắng, góc quansát vànguồn chiếu sáng. Vàvì
ánh sáng có thể biểu hiện một ngưỡngtrạngthái phân cực khác nhau,được xác

chúng ta muốnmột cái ống hút dường như bị cong đi vài ba độ, chúng ta có thể đặt
nó trong một cốcnước. Cái ống hútmột phần ở trong không khí, một phần ở trong
nước, và dườngnhư bị cong đi vì chiết suất của hai môi trường là khác nhau, và
tính chất này xácđịnh đường đicủa ánh sáng.Với những đường đi phứctạp hơn,
các thông số chất liệu cầnthiết choánh sángvạch ramột hìnhdạngnhấtđịnh có
thể được tính toán bằng quang họcbiến đổi tọa độ, một công cụ toán học đã được
những nhà tiên phong như L S Dolinvà E G Postkhám phá ra hồinửa thế kỉ trước.
Phương pháp này thườngbắt đầubằng cách vạch ralộ trình gián tiếp mà
sóng ánh sáng điqua vàsau đó tínhxem cáctính chất vật liệu mang sóng phải biến
thiên như thế nào theo tọa độ để đảm bảolộ trìnhđược tuân thủ.Về mặt toán học,
kĩ thuậtnày đòihỏi tính toán một phép biến đổi tọađộ từ một không gianEuclid,
trong đó sóngtruyền đi theo đường thẳng, sangmộthệ tọa độ cong,trong đó sóng
truyền đi theo lộ trình như mong muốn. Phép biến đổi tọa độ này sau đó được
phiêndịch thànhmột tậphợp nhữngthông số vật liệu phụ thuộckhônggian, trong
đó cóhằngsố điện môi ε và độ từ thẩmµ.
Ảnh cắt ngangcủa một áo tàng hìnhhình trụ được minhhọa trên hình 1a,
trong đó các sóng tới chảy xungquanhvùng bên trongvà đượchồi phụchoàn toàn
sau đó,vì thế tạo ra một khuvực tànghình.Một lựa chọn khác kém hấpdẫn hơn,
nhưng thực tế hơn,đượcgọi là “thảm tàng hình”, hayáo tàng hình trải trên đất
(hình 1b), biếnđổi một bề mặt dẫn cong thànhmột bề mặt phẳng,và do đó làm
cho tấm thảm cong, cùng với những vật bên dưới nó, trông như một bề mặt phản
xạ phẳng phiu.Cái quan trọng đối với một áo tàng hìnhlà không được có sự biến
dạng ở đầu sóngquang học – cũng như khôngcó sự biến dạng biên độ hoặc pha.
Nhưng việc hồi phục quỹ đạo của một sóng phẳng trên thực tế không phải là điều
kiệnđủ cho sự tànghình. Mặc dùchúng ta có thể chắcchắn hiệnthực hóa một hiệu
ứng như vậy bằng cách sử dụng bốngương,hai thấu kính, hoặc một chồngthấu
kính cầu (hình 1c-e), nhưng những cấu hìnhnày khôngđược xemlà dụng cụ tàng
hình.
Cấu hình thực tế. Áo tàng hình do David Smith và đội của ông chế tạo tại
trường Đại học Duke trông kém ấn tượng hơn áo tàng hình của Harry Potter, ít nhất