Da capa da invisibilidade do Harry Potter à camuflagem das aves de rapina klingon de Star Trek, a ficção nos acostumou com a ideia de ocultar a visão de objetos no espaço. Vocês já devem ter ouvido falar também de versões primitivas de objetos invisíveis criadas nos últimos anos por físicos, que funcionam para uma certa linha de visão e certos comprimentos de luz visível, infravermelho ou rádio.
Mas vocês talvez não conheçam outra ideia igualmente fantástica, proposta ano passado por pesquisadores no Reino Unido: a de fazer desaparecer tudo o que acontecer durante alguns instantes em certo lugar. Acionando o que esses pesquisadores chamam de camuflagem temporal, um ladrão poderia entrar em um banco, abrir e fechar seu cofre, e sair sem ser visto. Para as câmeras de segurança, nada teria acontecido.
Na revista Nature de hoje, uma equipe de quatro físicos da Universidade Cornell, EUA, liderada por Moti Fridman, descrevem como conseguiram produzir a primeira camuflagem temporal. Os pesquisadores criaram um “buraco” de escuridão no espaço e no tempo dentro de uma fibra ótica. A camuflagem que funcionou por 50 trilionésimos de segundo (50 x 10-12 segundos), ocultou um pulso de luz da vista dos sensores do experimento. De acordo com os registros dos sensores, nem o “buraco”, nem o sinal de luz aconteceram.
Embora a matemática por trás das duas seja semelhante, a camuflagem temporal funciona diferente da invisibilidade espacial. A última é possível graças a materiais chamados metamateriais, cujas propriedades óticas, tais como o índice de refração, são cuidadosamente desenhadas de modo que os raios de luz que atingem o objeto a ser escondido não sejam espalhados e alcancem nossos olhos, mas ao invés passem pelo objeto com uma correnteza suave de rio contorna uma pedra no seu curso, como na figura abaixo.
Os raios de luz que alcançam o observador são iguais aos que ele receberia se não houvesse objeto nenhum entre ele e a lanterna. A pessoa, portanto, não vê objeto nenhum!
Enquanto a camuflagem espacial funcione distorcendo os raios de luz no espaço, a camuflagem temporal age na velocidade da luz, alterando ao longo do tempo como a luz viaja em certa região do espaço.
Como a velocidade da luz no vácuo é o limite de velocidade universal, note que o truque só funciona com a luz se propagando em um meio material onde ela viaje normalmente de forma mais lenta.
Voltemos ao exemplo do cofre no banco. Suponha que haja uma câmera monitorando o cofre em uma sala iluminada por uma lâmpada. Agora suponha que seja possível em certo instante por mágica retardar a luz que atingirá o cofre e acelerar a luz que acabou de ser espalhada por ele. Criamos assim um área de escuridão temporária em torno do cofre, durante a qual o ladrão abre seu conteúdo, fecha-o e foge. Novamente por mágica, podemos em seguida acelerar a luz anteriormente retardada que vai atingir o cofre e retardar a luz espalhada que foi anteriormente acelerada de tal maneira que a câmera não registra nenhum sinal dos acontecimentos!
Pois foi mais ou menos isso que Fridman e seus colegas conseguiram fazer, dentro de uma fibra ótica por onde passava continuamente um raio de luz verde (item a da figura abaixo, extraida deste artigo). Primeiro, eles acionavam um dispositivo na extremidade inicial da fibra chamado de lente temporal dividida. Do mesmo jeito que uma lente comum modifica a distribuição espacial dos raios de luz, a lente temporal altera a cor da luz em diferentes instantes de tempo. Assim, a lente temporal dividida transforma o raio verde em um trem de raios de cores diferentes um atrás do outro (item b).
Crédito: revista Nature
Os pesquisadores projetaram as propriedades do meio da fibra ótica de maneira que a luz mais vermelha viaja mais lenta e a mais azul viaja mais rápido. Isso então vai abrindo gradualmente o “buraco” de escuridão (c). Quando o buraco atinge seu tamanho máximo no centro da fibra, os pesquisadores criam um evento dentro dele, na forma de um pulso de luz com cor diferente de verde (d).
A segunda metade da fibra tem propriedades óticas exatamente o contrário da primeira metade, de modo que a luz vermelha acelera e a luz azul viaja mais lenta, fechando o buraco aos poucos (e). No fim da fibra, outra lente temporal desfaz a decomposição realizada pela primeira, recompondo o feixe verde (g), não deixando vestígios do evento ocorrido em (d).
Na prática, o aparato funcionou muito bem, ocultando em até dez vezes a intensidade do sinal do pulso de luz criado em (d). Os pesquisadores acreditam que podem melhorar sua performance usando uma fibra quilométrica para criar uma camuflagem que dure até nanossegundos. Tentar algo mais longo que isso, porém, faria com que outros fenômenos óticos ocorrendo no material da fibra estragassem o efeito.
Uma camuflagem espaço-temporal macroscópica com minutos de duração exigiria um metamaterial que mudasse suas propriedades no espaço e no tempo, com uma performance muito além da tecnologia atual, ressaltam dois dos pais da ideia, Martin McCall e Paul Kinsler, do Imperial College, em um artigo em julho do ano passado na revista Physics World. Além de esconder eventos, eles observam no artigo que uma camuflagem espaço-temporal avançada poderia ser usada para criar uma ilusão de teletransporte à lá Star Trek, com uma pessoa desaparecendo e aparecendo em outro lugar.
Mas voltando à realidade, tanto eles quanto Fridman e seus colegas acreditam que a camuflagem temporal em fibras óticas tenha uma aplicação importante no processamento de fluxos de dados óticos, em um futuro computador ótico, por exemplo. Seria possível usar o efeito para processar dois fluxos de dados chegando ao mesmo tempo em uma unidade de processamento. Um “buraco” seria aberto temporariamente em dos fluxos para permitir a passagem e processamento de um segundo fluxo.
Referências:
Fridman, M., Farsi, A., Okawachi, Y., & Gaeta, A. (2012). Demonstration of temporal cloaking Nature, 481 (7379), 62-65 DOI: 10.1038/nature10695
Tags camuflagem temporal, invisibilidade, metamateriais
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Arco-íris rubro em Joinville (França)
Publicado 8 de dez de 2008
Escrito por universofisico
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Categorias universo ótico
Uma foto maravilhosa de arco-íris ao pôr-do-sol, em Joinville, na França. No poente, os raios de Sol atravessam um trecho maior da atmosfera. As moléculas do ar espalham a luz, principalmente os tons azulados, sobrando apenas os avermelhados. Foto selecionada pelo Earth Science Picture of the Day, dia 15 de outubro. Crédito: Rudolf Wehrung.
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Portal invisível da saga de Harry Potter é possível, calculam físicos
Publicado 6 de out de 2008
Escrito por universofisico
Discussão 6 Comentários
Categorias universo ótico
A “Plataforma 9 3/4” segundo cálculos de Xudong Luo, Tao Yang, Yongwei Gu e Hongru Ma. Na figura à esquerda, a coluna retangular no meio da passagem é feita de material normal, que deixa as ondas de luz (em colorido) passarem. À direita, a coluna revestida de metamaterial impede que a luz de dentro chegue aos olhos de “Harry Potter”.
Físicos chineses descobriram como usar materiais especiais que manipulam a luz para criar uma passagem secreta invisível em uma parede.
Um dos autores da descoberta, Xudong Luo, da Universidade de Jiao Tong, em Xangai, confessou à Folha que é fã da série de livros “Harry Potter” e que não teve dúvida de concluir no artigo científico em que descreve seus cálculos que “um dispositivo como a Plataforma 9 3/4 (…) é realizável”.
Para os leitores que, como este repórter, nunca leram os livros, nem viram os filmes da série, aqui vai uma explicação: o trem que leva Harry Potter e seus amigos à escola de bruxaria de Hogwarts sai da estação King’s Cross, em Londres, de uma plataforma secreta, a Plataforma 9 3/4. Sua entrada invisível fica na parede entre as plataformas 9 e 10.
Uma plataforma 9 3/4 existe realmente, mas aqueles que tentarem atravessar a parede podem muito bem parar no Royal London Hospital, em vez de em Hogwarts.
Luo e seus colaboradores calcularam o que é preciso para realizar a mágica de ocultar uma abertura em uma parede. O truque é usar materiais especiais, capazes de manipular a luz que incide sobre eles. Chamados de “metamateriais”, eles podem entortar raios de luz em direções impossíveis para materiais comuns, graças a rugosidades microscópicas em suas superfícies.
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Halo em São Paulo
Publicado 30 de ago de 2008
Escrito por universofisico
Discussão 2 Comentários
Categorias universo ótico
O paulistano que resolveu fazer uma pausa para olhar para o céu, ontem, viu um halo– um halo solar— nada haver com este halo.
Um arco-íris em forma de anel ao redor do Sol, mais ou menos do tamanho de um palmo, pôde ser visto ontem de manhã. O halo solar, como é conhecido o fenômeno, é produzido por nuvens de minúsculos cristais de gelo a uma altura de 10 km.”Os cristais de gelo funcionam como prismas que decompõem as cores que formam a luz branca dos raios do Sol”, explicou a meteorologista Mônica Lima, do Cptec, por telefone para mim, na redação da Folha.
Veja várias fotos do halo, tiradas por pessoas ontem em São Paulo no Flickr.
“Os cristais de gelo e o ângulo de incidência dos raios do Sol acabam formando o halo”, explcou Lima. Uma frente fria e úmida que avança sobre a camada de ar seco que permanecia até ontem em São Paulo produziu os cristais. A frente avança primeiro na alta atmosfera, onde os ventos são mais fortes, e depois chega ao nível do solo. Os halos, portanto, apesar de bonitos, alertam para uma mudança de tempo. “São um indicativo de que o tempo vai mudar e deve chover.”
Perguntei mais detalhes sobre o fenômeno, mas a meteorologista não soube me responder. Procurei algum especialista em ótica atmosférica no Brasil, pelo Google, e não achei. Alguém conhece algum?
Em todo caso, achei um site dedicado ao assunto, em inglês. Descobri que existem vários tipos de halos e o que foi visto ontem em São Paulo é chamado de “halo de 22 graus“, por ter um diâmetro ângular de 22 graus no céu, mais ou menos o tamanho de um palmo. Os vários tipos de halo se formam dependendo do formato e do tamanho dos cristais de gelo e dá para simulá-los com um software gratuito, disponível no site.
Também achei um blog, em inglês, dedicado totalmente à ótica atmosférica, com fotos lindas. Uma delas, emociona qualquer lablogueiro…
O fenômeno é freqüente, segundo Lima. “É que nem sempre a gente olha para o céu e enxerga”, ela diz.
Ontem, assim como o blogueiro do Idéias Cretinas, não olhei para o céu e perdi o fenômeno… :- (
Meu consolo é que a maioria dos meteorologistas também não deve ter assistido, pois estava enfurnada no centro de convenções do Shopping Frei Caneca (sem janelas, com um ar condicionado frio para chuchu…), participando do Congresso Brasileiro de Meteorologia…
Tags halos
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