클로킹 이론

Theories of cloaking
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클로킹 이론은 전자기 클로킹 장치를 만들기 위해 과학과 연구에 기초한 다양한 이론을 논한다.제시된 이론은 변환 광학, 이벤트 클로킹, 2극 산란 취소, 터널링 광 투과율, 센서와 활성 소스, 음향 클로킹을 채택한다.

클로킹 기기는 변환의 목적이 무엇인가를 숨기기 위한 것으로서, 공간의 정의된 영역이 지나가는 전자기장(Meta material cloaking[1][2] 참조)이나 음파로부터 눈에 보이지 않게 격리된다.정의된 위치에 있는 물체는 여전히 존재하지만, 사고파는 물체 자체의 영향을 받지 않고 그 주변으로 안내된다.이 기본적인 "클러킹 장치"와 함께, 다른 관련 개념들이 동료 검토, 과학 논문에서 제안되었고 여기에서 논의된다.당연히, 여기서 논의된 몇몇 이론들은 전자파나 음향 등 메타물질도 채택하고 있지만, 비록 원래 데모나 그 후임자인 광대역 망토와는 다른 방식으로도 종종 채택하고 있다.

최초의 전자기 망토

최초의 전자파 클로킹 장치는 2006년에 구배 지수 메타 물질을 사용하여 생산되었다.이로 인해 변환 광학(현재의 변환 음향학)의 급증 분야로 이어졌는데, 여기서 빛(음향)이 이동하는 물질의 행동을 제어함으로써 파동의 전파를 정밀하게 조작한다.

일반 공간 클로킹

파도와 그들이 전파하는 숙주 물질은 공생 관계를 가지고 있다: 둘 다 서로에게 작용한다.단순한 공간적 망토는 물체 주위로 원활한 흐름을 유도하기 위해 전파 매체의 특성을 미세하게 조정하는데 의존한다. 마치 물체 주위로 흐르는 물처럼, 반사되지 않고, 또는 난류를 일으키지 않는다.또 다른 비유는 대칭적인 교통섬을 지나가는 차들의 흐름이다. 그 차들은 일시적으로 방향을 바꾸지만, 나중에 교통섬이 작은지 큰지에 대한 정보나 꽃이나 대형 광고판이 그 위에 심어져 있었는지에 대한 정보를 전혀 담고 있지 않은 부드러운 흐름으로 다시 조립할 수 있다.

위에서 제시된 두 유사점이 모두 내포된 방향(수량 흐름의 방향 또는 도로 방향)을 가지고 있지만, 클로킹은 종종 등방성(즉, 모든 방향에서 동등하게 잘 작동하도록 설계된다.그러나 그들은 그렇게 일반적일 필요가 없으며, 원래의 전자기 시연에서처럼 2차원에서만, 또는 소위 카펫 망토에서와 같이 한쪽에서만 작동할 수도 있다.

공간적 망토는 다른 특징을 가지고 있다: 망토 안에 있는 물체는 단순히 그곳에 남아 있을 수 있기 때문에, 그들이 무엇을 포함하고 있든 (원칙적으로) 영원히 보이지 않게 유지될 수 있다.망토 안에 있는 물체가 흡수하지 않는 신호도 마찬가지로 망토의 내부 구조에 의해 영원히 갇힐 수 있다.공간적 망토를 마음대로 껐다가 다시 켤 수 있다면, 그 때 안에 있는 물체들이 나타나서 그에 따라 사라질 것이다.

공간 클로킹

사건 망토는 어떤 사건이나 사건의 집합이 먼 관찰자로부터 은폐되는 방식으로 시공간에서 전자기 방사선을 조작하는 수단이다.개념적으로, 안전 크래커는 장면에 들어가 현금을 훔치고 나갈 수 있으며, 감시 카메라는 항상 안전 문을 잠그고 방해받지 않는 것을 기록할 수 있다.이 개념은 빛이 자연적으로 발생하는 물질에서 발견되지 않는 방식으로 작용하도록 만들 수 있는 메타물질의 과학을 활용한다.[3]

이벤트 망토는 특정 지역을 밝히는 빛의 다른 부분이 느리거나 가속될 수 있는 매체를 설계함으로써 작동한다.조명의 선행 부분은 사건이 발생하기 전에 도착하도록 가속되는 반면 후행 부분은 느려지고 너무 늦게 도착한다.발생 후에는 선행 부분을 늦추고 후행 부분을 가속화하여 빛을 개혁한다.먼 곳의 관찰자는 계속적인 조명만 볼 뿐, 망토 수술의 어두운 기간 동안 발생한 사건들은 감지되지 않은 채로 남아 있다.이 개념은 고속도로를 따라 흐르는 교통과 관련될 수 있다: 어떤 시점에서 어떤 차들은 가속되는 반면, 뒤에 있는 차들은 느려지는 것이다.그 결과 보행자가 횡단할 수 있는 교통량의 일시적 공백이 발생한다.이후 교통량이 틈새 없이 연속적인 흐름을 재개할 수 있도록 이 과정을 되돌릴 수 있다.자동차를 가벼운 입자(사진)로 간주해 도로를 건너는 보행자의 행위는 고속도로를 따라 내려가는 관찰자가 의심하는 것이 아니며, 이들은 차들이 끊임없이 끊임없이 흘러가는 것을 보고 있다.[3][4]

절대 은폐를 위해서는 사건이 비방사성이어야 한다.만약 그들이 발생하는 동안 (예를 들어 형광에 의해) 빛을 방출한다면, 이 빛은 먼 관찰자에 의해 단일 섬광으로 수신된다.[3]

이벤트 망토의 애플리케이션에는 노드에서 수렴되는 데이터 채널에서 '무중단 중단'을 달성할 수 있는 가능성이 포함된다.다른 채널의 우선 순위 정보를 처리하기 위해 1차 계산을 일시적으로 중단할 수 있다.그 후에는 중단된 채널이 결코 중단되지 않은 것처럼 나타날 수 있도록 재개할 수 있다.[3]

이벤트 망토의 아이디어는 2010년 임페리얼 칼리지 런던(영국) 연구팀이 처음 제안해 광학저널(Journal of Optics)[3]에 실렸다.비선형 광학 기술을 이용한 기본 개념의 실험적인 실증 실험이 코넬 물리학 arXiv의 프리프린트에 제시되었다.[5]이것은 시간 렌즈를 사용하여 빛을 느리게 하고 속도를 높여서 대신 광섬유의 비선형 굴절률에 의존한 McCall 등의 원래 제안서를 개선한다.[3]이 실험은 은폐된 시간 간격은 약 10피코초라고 주장하지만 나노초와 마이크로초 정권으로의 확장은 가능해야 한다.

가속도 웨이브패킷을 기반으로 단일 분산형 매체(반대 분산을 하는 연속형 매체 2개 매체 대신)가 필요한 이벤트 클로킹 방식도 제안됐다.[6]이 아이디어는 단색 광파의 일부를 불연속 비선형 주파수로 변조하여 서로 다른 주파수 성분이 분산 매체의 다른 그룹 속도에서 전파될 때 공간-시간 내에 두 개의 반대되는 가속 가성비가 생성되도록 하는 것에 기초한다.주파수 짹짹거리는 구조 때문에 시간격차의 팽창과 수축은 동일한 매체에서 지속적으로 일어나므로 밀폐된 사건을 은폐하는 비콘벡스 시간격차가 발생한다.[6]

비정상적인 국부적 공명 클로킹

최초의 메타물질 망토와 같은 해인 2006년에 또 다른 형태의 망토가 제안되었다.이런 종류의 클로킹은 다른 물체의 공명과 일치하면서 광파의 공명을 이용한다.특히 슈퍼렌즈 근처에 위치한 입자는 입자를 둘러싼 빛이 슈퍼렌즈와 같은 주파수로 공명하면서 사라지는 것처럼 보일 것이다.공명은 입자로부터 반사되는 빛을 효과적으로 취소하여 입자 전자석을 보이지 않게 만들 것이다.[7]

멀리 있는 물체 클로킹

2009년, 패시브 클로킹 기기는 은폐된 물체를 외부에 노출시켜 주변을 '볼 수 있는' '외부 투명 장치'로 설계되었다.이것은 클로킹 연구가 본질적인 문제에 대한 해결책을 적절하게 제공하지 못했다는 전제를 깔고 있다. 왜냐하면 어떤 전자기 방사선이 클로킹된 공간에 들어가거나 나갈 수 없기 때문에, 이것은 클로킹된 공간 바깥의 어떤 것도 시각적으로 또는 다른 방법으로 탐지할 수 없는 망토의 숨겨진 물체를 남긴다.[8][9]

이러한 클로킹 장치는 또한 다른 쪽을 볼 수 있도록 벽에 있는 가상의 핍홀을 여는 것과 같은 물체의 일부만 '클러킹'할 수 있다.[10]

공간망토를 위해 위에서 사용한 교통비유형은 이 과정을 설명하기 위해 채택될 수 있다(약간 불완전하다.회전교차로 부근에서 차가 고장나 교통흐름을 방해해 다른 경로를 택하거나 교통체증을 일으킨다고 상상해보자.이 외부 망토는 조심스럽게 잘못 조립된 원형 교차로에 해당하며, 이는 고장 난 자동차의 효과를 취소하거나 상쇄하여 교통 흐름이 출발함에 따라, 그 안에 다시 원형 교차로 또는 고장 난 자동차의 증거가 없다.

플라스모닉 커버

메타물질 커버와 함께 언급된 플라스모닉 커버(플라스모닉 메타물질 참조)는 이론적으로 플라스모닉 공명 효과를 활용하여 구형 및 원통형 물체의 총 산란 단면을 감소시킨다.이들은 플라즈마 공명 부근의 무손실 메타물질 커버로, 산란 단면에서의 급격한 감소를 유발할 수 있으며, 이러한 물체가 외부 관찰자에게 거의 "불투명" 또는 "투명"하게 만들 수 있다.낮은 손실, 심지어 손실 없는 패시브 커버는 높은 소산을 요구하지 않지만 완전히 다른 메커니즘에 의존하는 것을 이용할 수 있다.[11]

이 효과를 위해서는 음수 또는 저값 구성 매개변수를 가진 재료가 필요하다.혈장 주파수 근처에 있는 특정 금속이나 음의 파라미터를 가진 메타물질은 이러한 필요성을 채울 수 있다.예를 들어, 적외선 또는 상대적으로 손실이 낮은 가시 파장에서의 전기적 허용률 때문에 여러 귀족 금속이 이 요건을 충족한다.[11]

현재 현미경적으로 작은 물체만이 투명해 보일 수 있다.[11]

이러한 물질은 주어진 물체에 의해 산란되는 장을 극적으로 감소시키는 혈장 주파수에 가까운 균질하고 등방성인 메타물질 커버로 더 자세히 설명된다.또한, 여기에는 흡수 과정, 비이소트로피 또는 비균질성, 간섭 해제가 필요하지 않다.[11]

메타물질의 "클래식 이론"은 오직 하나의 특정 주파수의 빛으로 작용한다.2013년 "비선형 광학 및 나노포토닉에 관한 학교" 상을 수상한 [12]Kort-Kamp 외 연구팀의 새로운 연구는 메타 물질을 다른 광 주파수에 맞추어 조정할 수 있다는 것을 보여준다.

터널링 조명 전송망토

명명법에서 암시된 바와 같이, 이것은 빛의 전달의 한 유형이다.금속 필름과 같은 물체를 통한 빛의 전달(전자파 복사)은 공명 포함물 사이의 튜닝에 도움을 받아 발생한다.이 효과는 예를 들어 금속 안에 유전체의 주기적인 구성을 포함시킴으로써 만들어질 수 있다.전송 피크를 생성하고 관찰함으로써 유전체와 간섭 효과 사이의 최대 상호작용은 공진의 혼합과 분열을 야기한다.단결에 가까운 유효 허용률로, 결과를 사용하여 결과 물질을 보이지 않게 만드는 방법을 제안할 수 있다.[2]

클로킹 기술에 대한 추가 연구

클로킹 기술의 사용에 대한 다른 제안들이 있다.

2007년에는 메타물질로 덮는 것을 검토하고 결함을 제시한다.동시에, 사물을 은닉하는 능력을 향상시킬 수 있는 이론적 해결책도 제시된다.[13][14][15][16]2007년 후반에는 전자파 '웜홀'을 생성하기 위한 원통형 차폐의 수학적 개선이 3차원으로 분석되었다.[17]전자기 웜홀은 중력이 아닌 광학 장치로서 클로킹 이론에서 파생된 것으로서 일부 현재 기술을 발전시키기 위한 잠재적 응용을 가지고 있다.[18][19][20]

다른 진보는 어쿠스틱 수퍼렌즈로 실현될 수 있다.게다가 음향 메타물질은 음파에 대해 음의 굴절을 실현했다.가능한 발전은 초음파 스캔 강화, 소닉 메디컬 스캔, 보다 상세한 지진 지도, 더 이상 지진에 영향을 받지 않는 건물 등이다.지하 영상물은 보다 세밀한 디테일로 개선될 수 있다.어쿠스틱 슈퍼렌즈, 어쿠스틱 클로킹, 어쿠스틱 메타물질은 초점 또는 조향 음파를 위한 새로운 응용으로 해석된다.[21]

음향 클로킹 기술은 음파를 사용하는 관찰자가 음파를 반사하거나 흩뿌릴 때 일반적으로 탐지할 수 있는 물체의 존재를 탐지하는 것을 막기 위해 사용될 수 있다.이상적으로, 이 기술은 다양한 눈금의 광범위한 진동 스펙트럼을 포함할 것이다.그 범위는 소형 전자 부품이나 기계 부품에서 대형 지진에 이르기까지 다양할 수 있다.수학적, 이론적 해결책에 대한 대부분의 진전이 이루어졌지만, 음파 탐지기를 피하기 위한 실험실 메타물질 장치가 최근에 입증되었다.40~80kHz의 음파에도 적용할 수 있다.[21][22][23]

파도는 물의 몸에도 적용된다.해일을 포함한 파괴적인 바다의 파동으로부터 인간이 만든 플랫폼, 배, 그리고 자연 해안선을 "숨기기" 또는 보호할 수 있는 망토를 위한 이론이 개발되었다.[22][24][25]

참고 항목

책들

참조

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