Công nghệ tàng hình: Từ giấc mơ đến hiện thực - Phần 1

Công nghệ tàng hình 1

Làm lệch ánh sáng và lừa thần gạt thánh

Chuyện kể về người tàng hình và những vật hỗ trợ tàng hình đã ăn sâu vào tâm khảm con người hàng thiên niên kỉ qua. Sidney Perkowitz cho biết những câu chuyện thần thoại và tưởng tượng này nay đang trở thành hiện thực.

Nếu bạn còn nhớ thần thoại Hi Lạp, bạn sẽ nhớ tới Athena, con gái của thần Zeus và là vị thần chinh chiến và trí tuệ, là một nhân vật cực kì có uy lực. Nhưng ngay cả nàng thỉnh thoảng vẫn phải hành xử thận trọng. Vì thế, trong Iliad, khi nàng can thiệp vào phe Hi Lạp trong cuộc chiến thành Trojan, nàng đã đội mũ tàng hình để che giấu bản thân trước người anh cùng cha khác mẹ và hiếu chiến, thần Ares, người ủng hộ phe Trojan.

Khả năng tàng hình cái cần thiết phải che đậy là một giấc mơ đã có từ ngàn xưa, nhưng giấc mơ này nay đang trở thành hiện thực qua sự phát triển của công nghệ. Các phương pháp mới lạ đã và đang được phát triển để điều khiển ánh sáng nhìn thấy và sóng điện từ nói chung – chẳng hạn như sử dụng những cấu trúc nhân tạo gọi là siêu chất liệu. Cơ sở “khoa học tàng hình” mang lại khả năng làm tàng hình thật sự dưới ánh sáng nhìn thấy, cái gần như đã thu được đối với bước sóng radar. Nhưng nó cũng đưa đến một số kết quả bất ngờ như những thấu kính quang học hết sức cải tiến, trong khi nghiên cứu có liên quan mang lại những ứng dụng khả dĩ khác trong việc điều khiển sóng địa chấn, sóng âm và sóng đại dương.

Cái tốt hay cái xấu

Bất chấp bản chất công nghệ cao của khoa học tàng hình ngày nay, điều đáng chú ý là các tác phẩm mang tính suy đoán và trí tưởng tượng đã nhìn thấy trước một số phương pháp của nó, cho dù nền khoa học mới vẫn mang đến những bất ngờ của riêng nó. Trí tưởng tượng cũng cho thấy sự tàng hình có thể là một điều xấu, như từ lâu người ta đã hiểu. Trong tác phẩm Nền cộng hòa của Plato, viết vào khoảng năm 380 trước Công nguyên, Glaucon kể lại làm thế nào chàng chăn cừu Gyges, tàng hình bằng một chiếc nhẫn thần kì, đã quyến rũ hoàng hậu và hành thích nhà vua – cho thấy nỗi lo sợ bị phát hiện và trừng phạt là cơ sở của hành vi đạo đức. Nếu người ta có thể biến thành tàng hình, Glaucon nói, “Không ai có thể giữ bàn tay anh ta khỏi cái không thuộc về anh ta... [một người có thể] đi vào nhà và trêu chọc thỏa thích, hoặc giết chết... người anh ta muốn, và xét trên nhiều phương diện thì giống như một vị thần giữa loài người”.

Tính nguy hại đó cũng xuất hiện trong những câu chuyện kể sau này. Hàng thiên niên kỉ sau câu chuyện Gyges, trong tác phẩm Chiếc nhẫn Nibelung của Richard Wagner vào thế kỉ 19, chàng người lùn kệch cỡm Alberich đã mơ tới sự thống trị thế giới bằng một nhẫn quyền năng cấu tạo từ vàng Rhine và Tarnhelm, một chiếc mũ tàng hình thần kì. Câu chuyện này xuất hiện lại trong tác phẩm kinh điển thế kỉ 20 của J J R Tolkien, Vua Nhẫn, khi Gollum, một sinh vật lùn khác, được hối lộ một chiếc nhẫn quyền năng chuyên dùng để tàng hình. Tuy nhiên, một ngoại lệ với phe phản diện là nhân vật trẻ Harry Potter, chàng nhóc đã sử dụng chính đáng chiếc áo tàng hình mà chàng nhận được trong tập đầu tiên của bộ truyện của J K Rowling, Harry Potter và Hòn đá của nhà triết học (1997).

Có lẽ bạn nghĩ sự tàng hình kiểu tiểu thuyết do “khoa học”, chứ không phải phép thuật, mang lại thì kém nguy hiểm hơn, nhưng không hẳn như vậy đâu. Vào cuối thế kỉ 19, sự tàng hình khoa học đã trở thành một chủ đề văn học trong tác phẩm Tinh Nhân (1881) của Edward Page Mitchell, Người Vô hình (1897) của H G Wells và Cái bóng và Chớp sáng (1903) của Jack London. Các nhà nghiên cứu trong những câu truyện này đã lường trước những lợi ích to lớn khi họ đi tìm sự tàng hình trong phòng thí nghiệm. Tuy nhiên, cuối cùng, sự lừa lọc của quyền thế hoặc những hệ quả không thấy trước đã mang từng người trong số họ đến một cái kết thê thảm. Mặt khác, “dụng cụ tàng hình” nêu ra trong loạt phim truyền hình đầu tiên Star Trek (1966) không cung cấp sự tàng hình cá nhân, mà là sự ngụy trang tối hậu cho phi thuyền Warbird của Đế chế Romulan.

Những phương pháp hư cấu này đều có những ý nghĩa khoa học nào đó. Griffin, Người Vô hình của Wells, nói “Hoặc một vật hấp thụ ánh sáng hoặc nó phản xạ hay khúc xạ ánh sáng, hoặc nó thực hiện tất cả. Nếu nó không phản xạ hoặc khúc xạ hoặc hấp thụ ánh sáng, thì nó không thể nào hiện ra cho người ta nhìn thấy”. Các phương pháp khoa học biến Griffin, và Stephen Flack của Tinh Nhân trong suốt với một chiết suất cơ thể khớp với chiết suất của không khí. Cả hai người họ trở nên “ở trong không khí giống như con sứa ở trong nước. Hầu như hoàn toàn trong suốt...” như lời Flack mô tả. Trong một cách tiếp cận khác, nhà hóa học Lloyd Inwood trong Cái bóng và Chớp sáng, người là Cái bóng đen đối lập với Chớp sáng trong suốt vô hình, được phủ lên người một sắc tố hấp thụ mọi ánh sáng, và trở nên vô hình, ngoại trừ việc tạo ra một cái bóng và làm mờ những vật phía sau anh ta.

Tuy nhiên, trong Star Trek, dụng cụ tàng hình Romulan hoạt động dựa trên một nguyên lí khác, thật ra thì giống như nguyên lí dùng cho những tấm chắn làm chệch hướng bảo vệ phi thuyền vũ trụ như chiến hạm Enterprise trước những chùm phaser của kẻ thù. Các tấm chắn đó sử dụng graviton – hạt sơ cấp trên giả thuyết mang lực hấp dẫn – mà theo thuyết tương đối tổng quát Einstein là phát sinh từ hình dạng của không-thời gian. Điều này cho thấy cả tấm chắn và dụng cụ tàng hình đều hoạt động bằng cách làm biến dạng không-thời gian để làm lệch phaser và các chùm ánh sáng đi vòng qua phi thuyền. Một phương pháp tương tự hoạt động trong thế giới thực, nhưng không bằng cách áp dụng thuyết tương đối tổng quát. Thay vào đó, người ta làm ánh sáng đi vòng quanh một vật bằng cách sử dụng những cấu trúc siêu vật liệu nhân tạo.

Công nghệ tàng hình 2

Từ thần thoại...

Trái: Một cảnh trong tác phẩm Chiếc nhẫn Nibelung, trong đó Alberich vừa biến mất trước sự kinh hoàng của người anh em Mime bị bỏ lại đằng sau.

Phải: Trích từ Hồi ức Người vô hình (1992), đạo diễn John Carpenter, ngôi sao Chevy Chase.

Dưới tầm radar

Mặc dù các siêu chất liệu là sản phẩm của công nghệ tiên tiến, nhưng cội nguồn của sự tàng hình có một gốc gác đơn giản hơn: khi quân đội từ bỏ những bộ đồng phục lòe loẹt như đồng phục lính Anh từng mặc. Thí dụ, quân đội Anh ở Ấn Độ đã thông qua bộ khaki tông màu đất vào năm 1848. Sau đó, vào cuối thế kỉ 19, họa sĩ người Mĩ Abbott Handerson Thayer đã trở thành “cha đẻ của sự ngụy trang” khi ông phân biệt rạch ròi hai chiến lược màu sắc bảo vệ ở động vật: trộn lẫn, trong đó đối tượng không thể phân biệt với phông nền; và phá vỡ, trong đó “những hoa văn màu đậm tùy ý” làm mất đi đường nét của đối tượng. Ý tưởng của Thayer đã đi vào thực tế trong Thế chiến thứ nhất và sự ngụy trang đã được sử dụng trong mỗi cuộc xung đột kể từ đó, từ những bộ đồng phục hòa người lính vào với phông nền cho đến những hoa văn “lóa mắt” khiến tàu chiến trở nên khó phát hiện hơn trước mục tiêu. Nhưng không chiến thời hiện đại mới truyền cảm hứng cho sự tàng hình đích thực, mặc dù nó hoạt động dưới sự chiếu bức xạ radar chứ không phải ánh sáng nhìn thấy.

Công nghệ “đánh lén” này cho máy bay chiến đấu là có thể vì đài radar hoạt động giống như một ngọn hải đăng, ngoại trừ ở chỗ nó quét ra một chùm sóng vô tuyến bước sóng ngắn. Khi chạm tới máy bay, chùm tia một phần bị hấp thụ và một phần bị phản xạ hoặc tán xạ theo những hướng khác nhau. Chùm tia phản hồi về nguồn phát được phát hiện và phân tích để định vị mục tiêu. Máy bay chiến đấu vốn có thể nhìn thấy trước radar do kết cấu kim loại phản xạ và những bộ phận lồi ra của chúng. Thật vậy, máy bay ném bom tầng bình lưu B-52 của Không quân Mĩ, đã được sử dụng thời Chiến tranh Lạnh, có tiết diện radar khổng lồ đến 125 m2 nên nó được mô tả sinh động là “to bằng cái sân”. Như thể hiện kịch tính trong bộ phim Tiến sĩ Strangelove (1964), một bộ phim hài cổ điển về chiến tranh hạt nhân, một chiếc B-52 phải bay thấp đến mức nguy hiểm để tránh radar của kẻ thù.

Tuy nhiên, người ta có thể làm giảm ảnh radar của một máy bay bằng cách định hình máy bay để giảm tối thiểu sự tán xạ ngược theo hướng chùm tia tới. Các phép tính tán xạ đã được thực hiện kể từ khi James Clerk Maxwell nghĩ ra hệ phương trình điện từ có sức ảnh hưởng lớn của ông vào giữa thế kỉ 19, nhưng phải đến thập niên 1960 thì nhà khoa học người Liên Xô Pyotr Ufimtsev mới phát triển các phương pháp xác định sự tán xạ từ hình học số phức.

Vào năm 1975, các kĩ sư tại Dự án Phát triển Tiên tiến thuộc Lockheed Aircraft đã sử dụng phương pháp này thiết kế ra máy bay do thám đêm F-117. Bay lần đầu tiên vào năm 1981, nó có hình dạng lạ lẫm, đầy góc cạnh giống như một bức tranh lập thể hay một viên kim cương cắt ra. Thiết kế trên mang lại tiến diện radar nhỏ 0,02 m2, nhưng dường như quá mức phi khí động lực học nên nguyên mẫu được gọi là Kim cương Vô vọng. F-117 tỏ ra vốn dĩ không ổn định trong khi bay và để tránh va chạm, người ta phải sử dụng máy vi tính để liên tục điều chỉnh bề mặt của nó để kháng lại những lực làm mất thăng bằng. Phương pháp “bay-bằng-dây” như thế này vẫn là cơ bản cho máy bay do thám đời mới hơn như F-22, bay lần đầu tiên vào năm 2005.

Tiết diện nhỏ xíu của F-117 cũng có cái gì đó liên quan đến sự tàng hình hấp thu, như trong Cái bóng và Chớp sáng: máy bay do thám được phủ lớp chất liệu hấp thu radar để làm giảm sự tán xạ. Thật không may, năng lượng bị hấp thụ làm nóng máy bay lên một chút, vì thế làm tăng sự bức xạ hồng ngoại của nó và khiến nó dễ “xơi” tên lửa đạn đạo hơn – nên nhớ là sự vô hình trong một phần của quang phổ không đảm bảo rằng sẽ vô hình trong những bước sóng khác. Tuy nhiên, công nghệ do thám là một sự thành công lớn. Những con số chính xác thật khó mà có được, nhưng người ta nói máy bay do thám tân tiến nhất có tiết diện radar từ bằng một sân golf cho đến bằng một con côn trùng lớn, khiến chúng khó phân biệt với những đốm radar lách tách do những nguồn tự nhiên nhỏ hay sự nhiễu điện tử gây ra. Công nghệ này tiếp tục phát triển, như tin tức báo cáo trực thăng do thám, một phần bí mật trước đây trong kho quân sự Mĩ, đã được sử dụng trong cuộc đột kích mới đây vào doanh trại của Osama bin Laden ở Pakistan.

Công nghệ tàng hình 3

... đến hiện thực

Trái: F-117, máy bay do thám phiên bản gốc. Phải: Áo vét “ngụy trang quang học” của Susumi Tachi.

Xem tiếp phần 2 >>

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Tạo bảng điểm online

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


Sơ lược từ nguyên vật lí hạt (Phần 6)
17/10/2017
hadron (hadros + on) Người đặt tên: Lev Okun, 1962 Thuật ngữ “hadron” được đặt ra tại Hội nghị Quốc tế về Vật lí Năng
Sơ lược từ nguyên vật lí hạt (Phần 5)
17/10/2017
boson W (weak + boson) Người đặt tên: Lý Chính Đạo và Dương Chấn Ninh, 1960 Là hạt mang lực yếu có mặt trong các tương tác
Chúng ta đã tìm thấy một nửa vũ trụ
15/10/2017
Một nửa lượng vật chất bình thường trong vũ trụ trước đây vắng mặt trong các quan sát mà không ai lí giải được, nay
Giải Nobel Vật Lý 2017 được trao cho việc dò tìm sóng hấp dẫn
09/10/2017
Rainner Weiss, Barry Barish và Kip Thorne chia nhau giải thưởng cho đóng góp của họ ở LIGO. DIVIDE CASTELVECCHI - Nature Ba nhà vật
Làm thế nào tạo ra á kim không chứa kim loại?
22/09/2017
Một loại vật liệu mới gọi là “á kim thung lũng spin” vừa được các nhà vật lí ở Nga, Nhật Bản và Mĩ dự đoán dựa
Thiên văn học là gì?
20/09/2017
Loài người từ lâu đã hướng mắt lên bầu trời, tìm cách thiết đặt ý nghĩa và trật tự cho vũ trụ xung quanh mình. Mặc dù
Một số thông tin thú vị về Mặt trăng
16/09/2017
Mặt trăng là vật thể dễ tìm thấy nhất trên bầu trời đêm – khi nó hiện diện ở đó. Vệ tinh thiên nhiên duy nhất của
Sơ lược từ nguyên vật lí hạt (Phần 4)
27/08/2017
boson (Bose + on) Người đặt tên: Paul Dirac, 1945 Boson được đặt theo tên nhà vật lí Satyendra Nath Bose. Cùng với Albert Einstein,
Vui Lòng Đợi

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com