Tàng hình không-thời gian (Phần 2) ppsx

Tàng hìnhkhông-thời gian
(Phần 2)
Đa số áo tànghìnhhiện có đượcthiết kế để che giấu các vật trướctầm nhìn.
Nhưng như Martin McCall và PaulKinslergiải thích, người ta cũng có thể chế tạo
áo tànghình“không-thời gian” chophép chọn lọcnhữngsự kiện không cho aiphát
hiện ra.Áo tànghình kiểunày thật sự quá lí tưởng cho bọn cướp nhà băng!
>> Xemlại phần trước
Từ giấc mơ đến hiện thực
Thật dễ dàngtưởng tượng ramọithứ có thể làmvới một cái áo tàng hình sự
kiện– từ những cái to lớn vàkì lạ cho đến nhữngcái nhỏ bé và có khả năng hữu
dụnghơn. Tấtnhiên,việc triển khaitrong thực tế sẽ là một thách thứcnữa. Cái
chúng ta cần là một tậphợp nhữnglớp siêu chất liệusong song nhau,mỗi lớp chứa
một matrậngồmnhững nguyên tố kim loại nhỏ xíu, các electron dẫn trong đó sẽ
tương tác vớiánhsáng theo kiểu có thể dễ dàng điều khiển được. Những nguyên tố
nhỏ xíu, hay“siêu nguyên tử” như vậy là cách thông thường để xây dựng các siêu
chất liệu dùng trong nhữngáotàng hình khônggian bình thường, nhưng cái chúng
ta cầnlà mộttươngtáccó tínhthíchứng cao hơn. Đặc biệt,chúng ta muốncó thể
độc lậpđiều chỉnhphản ứng của từnglớp trong siêu chất liệu khithời gian trôi qua.
Giả sử một chất liệunhư thế là có thể chế tạo ra, việc chiếu ánhsáng truyền
vuônggóc vớicác lớp sẽ không “nhìn thấy” cấu trúc hỗn tạp, mà là một môi trường
phẳng thật sự - nghĩa là, nếu bước sóngcủa nó lớn hơn nhiềuso với các siêu
nguyêntử lẫn khoảng cáchgiữacác tấm siêu chất liệu. Tuynhiên, do sự có mặt của
các nguyên tố kim loại có thể xử lí, nên tốc độ trungbình của ánhsángtruyền qua
chất liệu có thể bị điều chỉnh.Cáctính chất siêu chất liệu,do đó,cóthể điều khiển
sao chochúng tạora một cực tiểu cường độ đốm đen đặc trưng của áo tàng hình
không-thời gian tại không gian và thời giannhư mongmuốn.
Hình 2.(a) Mộtáo tàng hìnhkhông-thời giancóthể tạo ra từ một siêu chất
liệu gồmmộtchồng những lớp song songnhau chứanhững matrận nguyên tố kim
loại chophép tốc độ ánh sángcục bộ bị điều chỉnh.Mặc dù bố trí nàysẽ cho phép
ánh sáng đi quavùngmàu lục ở giữa có cường độ bằng không trongmột khoảng
thời gian nhấtđịnh,nhưng một người quan sát nhìn từ phía bên phải sẽ chỉ nhìn

thấymột cường độ sáng đồng đều, như thể không có áo tànghìnhgì hết. Một chiếc
áo tànghìnhnhư vậy có thể dùng trong một số phươngpháp khác nhautùy thuộc
cách thức vùngchính giữa được lấp đầy khi cực tiểu cường độ sáng đi qua.Trong
(b), một người có thể chạy từ A đếnB nhưngmộtngười quan sát sẽ chỉ nhìn thấy
họ dường như dịch chuyển tức thời từ A đến B, như thể sử dụng máy vận chuyển
trong phimStar Trek. Trong (c), vùng chínhgiữa chứa một cái hộp nhỏ với các
nguyêntử kích thíchphânhủy và phátra photon:trongkhoảng thời gianáo tàng
hình hoạt động(đường cong màu lục),đườngđặc trưng phân hủyrộng của ánh
sáng (đường cong màu xanh lam)bị nén thành mộtkhoảngthời gian rất hẹp
(đườngcong màu đỏ). Sự biến đổi của một sự huỳnhquang từng bước thành một
lóe sáng như thế này sẽ để lộ dấu vết củasự cómặt của áo tàng hìnhkhông-thời
gian. (d)Độ phân giải của mộtxung đột xử lí tínhiệu qua “gián-đoạn-không-gián-
đoạn”, nhờ đó một nút (màuđỏ) trong một hệ thống địnhtuyến quang học có thể
nhậnvà xử lí tín hiệu tức thờitừ những kênh khác nhau. Trong thí dụ này, một
kênhlà mộttín hiệu đồnghồ phải chưa baogiờ bị gián đoạn khi nóđi từ A đến B,
còn kênh kia chứa dữ liệu phải được xử lí ưu tiên khi nó đi từ C đếnD.
Những sự kiện xảy ratrongkhônggiancó thể tànghình nằm giữa những lớp
chínhgiữa (hình 2a)gần thờiđiểmđượcchọn sẽ xảy ra trongbóngtối, và vì thế bị
che mất khỏi– và khôngbị nghi ngờ bởi - mọi nhà quansát. Mặc dù đốmđennày
có thể tồn tại một khoảng xa như chúng ta muốn, nhưng nó dichuyển, và chỉ tồn
tại trongmột thời giantương đối ngắn tùy thuộc vàohiệusuất vàbề dày của siêu
chất liệu.Thí dụ, mộtdụngcụ tàng hìnhcỡ mộtmét sẽ chỉ có thể tàng hình trong
khoảng thời gianmột nano giây hay tương đương, cònnhữnghạn chế công nghệ
hiện naycó khả năng sẽ giảm kết quả này xuống10 hoặc thậm chí 100bậc.
Giả sử một thế hệ tương lai có khả năng tạora một áo tàng hìnhkhông-thời
gian vĩ mô,hiệu suất cao, hoạtđộngtrọn vẹn, thì một thủ thuật mà nó cóthể thực
hiện sẽ là tạo ra ảo giác kiểu máy vậnchuyểnStar Trek (hình 2b). Cái chúng ta cần
làm là chọn áo tàng hìnhsiêu chất liệu chế tạo từ siêu nguyên tử của chúngta có
kíchcỡ nhỏ hơn nhiều so với bướcsóng của ánh sáng và khắc mộthành lang trung
tâmngay chính giữa. Khi cựctiểu cường độ sáng đi qua vùng chínhgiữa, thì một

người có thể chạy trongbóngtối từ một đầu (A)của hành langđến đầu kia (B).
Nhưng miễn là người quansát đứng ở bênngoài, thì cái họ thấy là người đó dịch
chuyển tức thời từ A đến B theo đúngphongcách trong phimStar Trek.
Hợp lí hơn, ta nên xét một thí nghiệm làmtàng hìnhmột cái hộp nhỏ chứa
các nguyên tử bị kích thích(hình 2c).Các nguyên tử sẽ phân hủytự phát, phát ra
photontheothống kê hàm mũ Poisson bình thường. Tuy nhiên, ánh sáng phát ra
bởi các nguyêntử khi cực tiểu cườngđộ sáng đi qua hộp bị ảnh hưởngbởi sự khép
kín củaáo tàng hình. Điều này có nghĩalà mọi ánh sáng phátra trong khoảngthời
gian bị tàng hình bị nén vào một khoảng thờigian ngắn hơnnhiều,thoátra khỏiáo
tàng hình dưới dạng một lóe sángngắn ngủi nhưng cườngđộ mạnh. Hiệntượng
này không hẳn chỉ một hứng khởi trừu tượng vì nó có thể là dấu hiệu thực nghiệm
đầu tiên được tạo ra bởi một áotàng hình không-thời gian đang hoạt động.
Cuối cùng, một áo tàng hìnhkhông-thời gian là cóthể dùng để điều khiển
dòngtín hiệu trong mộthệ thốngđịnhtuyến quang học (hình2d), trongđó một
nút cần phải nhận và xử lí tín hiệu đồngthời từ nhữngkênh khác nhau. Thí dụ, một
kênhcó thể là mộttín hiệu đồng hồ mà một mạchđiệnngoài đòi hỏi không bao giờ
bị gián đoạn, còn kênhkia có thể chứa dẽ liệu phải được xử lí ưutiên. Xungđộtnày
có thể được giải quyếtbởi áo tànghình không-thời gian trongchốc lát mở ra một
khoảng trốngtrong tínhiệu đồng hồ. Nút mạng có thể xử lí các bitưu tiêntrong
khoảng trốngđó, và rồi nối lại tínhiệu đồng hồ bằng cách đóngáotàng hình. Điều
này sẽ cho phép mộthoạt động“gián-đoạn-mà-không-gián-đoạn” có thể hữu ích
trong sự điệntoán lượngtử vốn xử lí những kênh dữ liệu có tương quanvới nhau.
Những câu hỏi thực tế
Mặcdù toánhọc cóthể cho chúng ta biết nhữngtính chất điệntừ chính xác
cần thiết của một áo tàng hình không-thời gian, nhưng việc chế tạo một dụng cụ
như thế thật sự nằm ngoài tầm với của công nghệ siêu chất liệu hiện nay.Thí dụ,
chất liệu đó phải có khả năng kết hợp điện trườngvà từ trườngtheo mộtkiểu đặc
biệt. Cái bất ngờ là sự kết hợp kì lạ này cómột tác dụng phụ khiến nó xuất hiện
trướcánh sángnhư thể môi trườngđang chuyển động, mặc dùlà đangđứngyên.
Tuy nhiên, nếuchúng ta hài lòng với việc tạo ramộtáo tàng hình không-thời gian

chưa hoàn chỉnh, thì một dụng cụ như thế thật sự nằm trong tầm với của công
nghệ hiện nay và sẽ liên quan đếnviệc xây dựng áo tàng hìnhtừ sợi quang. Chúng
tôi ướctính một áotàng hìnhsự kiện trong mộtsợi quang dài3 km vớimột đoạn
mở dài 1 km, một đoạn hoạt độngdài 1 km và một kết thúc dài 1 km, cóthể che
giấunhững sự kiệnkéo dàiđếnvài nanogiây.
Sợi quang là ứngcử viên triển vọng vì chiết suất củachúngcó thể tăng dễ
dàng bằngcách tăngcường độ củachùm tiamà chúng mang đi, nhờ đó làm chậm
ánh sáng như cần thiết. Điều này có thể thực hiện bằng cách tăng đột ngộtcường
độ của mộtchùm “điều khiển”, với sự biến thiên cườngđộ sángnhảy bậc thu được
truyền theo sợi và gây ra một sự biến thiên truyền đi ở tốc độ ánh sáng.Nếu sợi
quangcòn chứa mộtchùm “theo dõi” thứ hai,khôngđổi, thì các photon trong
chùmtia đó sẽ truyền đi nhanh hơn chùm điều khiểntrước khi cườngđộ sángtăng
lên, nhưng sauđó thì truyền chậm đi –đó chính xác là cái cần thiết để mở khoảng
tối trong áo tànghình không-thời giancủa chúngta.
Sau đó, chúng ta có thể truyền chùmtia theo dõinàyvào một sợi quangkhác
với một chùm điều khiển mới nhưng lần này là giảm đột ngột về cường độ sáng.
Điều nàylàm đảo ngược tốcđộ trước đó,khép lại khoảngthờigian tối, và táitạolại
chùmtia sángtheo dõi bất biến lúcbanđầu. Trở lại với sự tương tự đườngxalộ
của chúngta, điềuđó giống như là phầncường độ cao của chùmđiều khiểnnằm
trong một cơn mưa đang dichuyển cùngvới luồng xe, chỉ buộc những người tài xế
đó chạy chậmlại. Khoảng trốngtronglàn xa mở rakhi những xe đằngsaugặpmưa
và chạy chậm lại, và khéplại khicơn mưa đổi sang đuổi theo những xeđằng trước,
làm cho chúngchạy chậm lại, trongkhi những xe đằngsauthì tăng tốclên.
Áo tànghìnhkhông-thời giancó thể tạora một khoảngtrống trong lịch sử -
na nánhư khi dòngxe cộ trênxa lộ chỗ này chạychậm lại trongkhichỗ kia chạy
nhanhlên. (Ảnh: iStockphoto.com/timo_w2s)
Trênthực tế, một áotàng hình như vậy là không hoàn chỉnh vì chúngta chỉ
có thể làm biến đổi các tính chất điệncủa sợi quang,vì chúng là phi từ tính.Sự
khônghoàn hảo nàydẫn tới sự phản xạ tản lạc, cho phépáo tànghình bị phát hiện.
Để loại bỏ mọi sự phản xạ, chúng ta cần phải làm biến đổi cả tính chất điện lẫn tính

chất từ. Tuy nhiên, maythay, các chi tiết củacái đangdiễn rabên trongáo tàng
hình sẽ vẫnbị che giấu.
Con đường phía trước
Mặcdù rất nhiều nhànghiên cứu trên khắpthế giới đã và đang cố gắngtạo
ra áotàng hình không gian – trong một số trường hợp đã có sự thành công nhất
định – nhưng chưa ai từng thử chứngminh mộtáo tàng hìnhkhông-thời gian
trong phòng thí nghiệm. Tuynhiên, dường như chẳngcó lí dorõ ràng nàolí giải vì
sao một áo tàng hình như thế -và một dấu hiệu thựcnghiệm xác nhận nó,thí dụ
như các thử nghiệm các-nguyên-tử-trong-hộp –không thể nào đạtđược sớm, có lẽ
trong vòngvài ba năm tới. Một khi nguyên lí đã đượcchứngminh, khiđó chúngta
có thể bắt đầu nhìn vào nhữngứngdụng, đặc biệt là ý tưởng có thể sử dụng áo
tàng hình sự kiện để giải quyết những xungđột điện toán trong những hệ xử lí
quanghọc.
Cuối cùng, cái cólẽ có thể cho sự hoạt động của áo tànghình không-thờigian
được kích hoạt bởi nhữngsự kiện có trước những sự kiệnmàdụng cụ che giấu.
Tuy nhiên, mộthạn chế có thể có là sự xử lí và tính toán trộm từ bọn xấu mà hệ
thống không hề phát hiện ra vụ tấn công. Trở lại với sự tương tự của chúng ta về
con gà băng qua đường qua khoảng trốngtrong làn xe, điều đó tựa như là có một
con gà đặc biệtkhéoléo vàma mãnh thật sự đã sáng tác ra toàn bộ lộ trìnhcó
trướcbằng cách làm chủ các hạn chế tốc độ (để mở ra khoảngtrống)vàsau khi
băngqua đường (để khép kín khoảngtrống).Chonên, trongkhi chúngta có lẽ
khôngbao giờ biết được tại sao con gà băng qua đường,nhưngít nhất chúngta có
thể tưởng tượngđược nó đã băngqua đường như thế nào