La invisibilidad es quizá una de las ideas más viejas del hombre y un elemento habitual enla ciencia ficción. Recordemos cuando Flash Gordon enla década de 1950, se hace invisible para escapar al pelotón de fusilamiento de Ming o a Harry Potter con aquel manto especial “mágico” que le permitía moverse sin ser detectado por el colegio de Hogwarts o a aquella clásica novela “El hombre invisibleH.G. Wells. Sin embargo la invisibilidad se basa en un principio muy sencillo: el someter a la luz y controlar el comportamiento de sus radiaciones.

¿Cómo se puede manipular la luz para hacer que un objeto sea completamente invisible? Para dar la respuesta primero tenemos que entender que la luz visible puede definirse como cualquier radiación capaz de actuar sobre la retina del ojo humano y que una sensación visual se compone de un espectro de diferentes longitudes de onda. El ojo humano solamente puede percibir una pequeña parte de todas las radiaciones y lo que se llama “luz visible”, abarca aquellas cuya longitud de onda (λ) está comedida entre los 400 y los 700 nanometros (1 nanometro es la millonésima parte del milímetro).

Esta luz viaja a la increíble velocidad de 299.792.458 kilometros por segundo por lo que todas las frecuencias del espectro EM, (luz visible) también viajan a esa velocidad. La misma viaja más rápidamente en el vacío, que en otros materiales como el agua o el vidrio, lo cual es lógico porque en el vacío, la luz no choca contra nada y dentro de cualquier otro material será frenada por los millones de átomos que componen el mismo por lo que su velocidad será menor.

Cuando la luz llega a un objeto, una parte de ella se refleja y otra lo penetra y al hacerlo, choca con sus átomos y se desvía. Por eso hay dos cosas que podemos ver en el espectro de luz visible : la reflexión , que es el rebote de la luz y la refracción que es la flexión de esa luz. Esta última se puede comprobar sumergiendo lentamente una varilla en agua y observaremos que la porción de la misma que está por debajo de la superficie del líquido parece doblarse.

Cuando la luz se refracta, el ángulo con que se dobla es proporcional a un número llamado índice de refracción  (n) del material que viene definido por la ley de Snell que dice:

No hay que saber muchas matemáticas para entender que esta fórmula solo nos indica que cuanto mayor sea el índice de refracción, de un material más luz que lo atraviese se doblará. Este índice es el resultado de dividir la velocidad de la luz en el vacío por la velocidad de la luz en el material en cuestión.

Para la luz visible, el índice de refracción de cualquier material es siempre positivo y mayor que 1. Por ejemplo, el índice de refracción del aire es de 1,0003; el del agua, de 1,3; y el del vidrio de 1,52. En general, cuanto más denso sea un material, más frenará la luz que lo atraviese y, por consiguiente mayor será su índice de refracción.

Esto también significa que si dos medios tienen el mismo índice de refracción la luz no se doblará en absoluto cuando los atraviese. Por ejemplo, la varilla de vidrio de la imagen al tener el mismo índice de refracción que el aceite dónde está sumergida provoca que la misma sea invisible para nuestros ojos.

Es decir que si vemos un objeto es porque la luz que se refleja en el mismo llega a nuestros ojos con determinada información, por lo que si quisiéramos hacerlo invisible tal vez podríamos cubrirlo con algún tipo de material que desviase la luz que incide sobre él para que saliera por el extremo opuesto, y diera la sensación de que ese objeto no está allí. Es lo que hicieron el año pasado un grupo de investigadores chinos con una especie de “manta invisible de Harry Potter” que ocupó muchos titulares

El invento consistía es una lámina de 80 nanómetros de grosor con una base de fluoruro de magnesio- un material transparente a una gran cantidad de longitudes de onda (o colores, que es lo mismo)- recubierto de millones de diminutas “antenas” de oro que desviaban la luz que incidía sobre ellas. La idea era muy atractiva pero esta“capa de invisibilidad” cómo se explica en este informe sólo afectaba a la luz con una longitud de onda de unos 730 nanómetros lo que equivale a un tipo de luz de color rojo muy oscuro.

Esto significa que, si te metieras dentro de un traje fabricado con este material, la gente no te vería desaparecer por completo sino que más bien te convertirías para los demás en una silueta negra sobre la que aparecería proyectado el paisaje que tuvieras detrás con un tono rojizo muy débil. Por eso el mismo Zhu Zhensong, un trabajador de la productora china Quantum Video que fue el autor del polémico vídeo subido a You Tube al final tuvo que admitir que se trataba de una filmación hecha con una tela verde a la que luego se aplicó una gran edición posterior con programas informáticos como el ‘After Effects’, ‘Nuke’ y ‘Blackmagic Fusión’ que pueden editar el fondo y mezclarlo con el objeto de delante.

Por tanto “la manta invisible ” es solo una entelequia pero hay otras opciones para la invisibilidad que no requiere manipular a los rayos de luz para engañar a los ojos. Una de ellas es la de proyectar sobre la superficie del objeto un entorno “simulado” que imite el paisaje que tiene a su alrededor. A esta técnica se le llama camuflaje activo y sirve en entornos en el que los detalles del paisaje cambien constantemente.

Pero para lograr la verdadera invisibilidad de un objeto lo que tenemos que hacer es el conseguir que la luz lo esquive, es decir que la luz no pase por ese cuerpo sino que lo rodee

Si la luz se deslizara alrededor de ese objeto como hace el agua de un río alrededor de un pie sumergido, el mismo sería completamente invisible a nuestros ojos y para lograr este comportamiento de la luz que haga a un objeto invisible hay que manipular el índice de refracción de los materiales que lo componen. Así al mirarlo no observaríamos más que el fondo situado detrás de él; sería cómo si la luz se parara, envolviera al objeto y, en lugar de proyectar una sombra, volviera a unirse detrás de él.

Para para doblar la luz por completo alrededor de un objeto visible necesitamos un índice de refracción negativo y como por definición, este índice se calcula con una raíz cuadrada, no podemos tomar una raíz cuadrada de un número negativo y no hay ninguna sustancia en la Tierra que cumpla con estos requisitos.

Victor Veselago

Pero en 1964 un físico ruso llamado Victor Georgievich Veselago especuló con la posibilidad de crear materiales con índice de refracción negativo. En ese año matemáticamente demostró que un índice negativo no era imposible y que simplemente se necesitaba adoptar un enfoque de “regla de la mano izquierda” en lugar de la “regla de la mano derecha” estándar para el electromagnetismo. Según aquel científico el comportamiento que tendría la radiación al atravesar ese material sería muy diferente a todo lo conocido y si el agua tuviera un índice de refracción negativo, la varilla del ejemplo anterior parecería doblarse hacia “el otro lado”

En aquel tiempo, la idea era poco menos que descabellada ya que lograr que la luz se comporte de manera distinta a como lo hace espontáneamente exige crear materiales cuyo índice de refracción pudiera manipularse y a finales del siglo pasado, a un inglés llamado John Pendry, se le ocurrió la manera de lograrlo.

Pendry propuso construir un material conformado por muchos alambritos metálicos muy delgados, alineados uno junto al otro y separados entre sí por una mínima distancia. Visto desde lejos, el material se vería como algo homogéneo pero su comportamiento con la luz sería diferente y sería algo así como un metal de baja densidad, que ahora dejase pasar luz que ese metal antes no dejaba pasar.

La idea original de Pendry posibilitó crear este tipo de materiales que permiten índices de refracción negativos, una propiedad que no existe en la naturaleza y que ha dado lugar a numerosos desarrollos. A estas estructuras artificiales periódicas conformadas por una complicada arquitectura microscópica hecha de barritas y anillos se les ha denominado metamateriales, un término acuñado en 1999 por Rodger Walser, profesor de la Universidad de Texas, para describir unos tipos de sustanciase que tienen un comportamiento más allá de las limitaciones convencionales.

Y esta posibilidad dejó de ser una fantasía cuando investigadores del Reino Unido y de EEUU demostraron que se puede moldear la trayectoria de los rayos de microondas. Los metamateriales no son sustancias especiales y sus sorprendentes propiedades no surgen de los materiales de que están compuestos, sino de la su arquitectura y de cómo están construidos. Por eso la diferencia esencial entre materiales y metamateriales es que, en los primeros sus propiedades dependen de su composición, es decir, de los átomos y moléculas que los forman y en los segundos de su estructura.

Mirados de cerca, tienen una articulada textura con diminutos anillos metálicos, pequeñísimos hilos con estructuras no mayores de unas fracciones de milímetro y según la forma y la distribución de los materiales que lo constituyen el metamaterial, variará el comportamiento que tendrá la luz al atravesarlo y podremos guiarla por caminos que no recorrería espontáneamente.

Desde la idea original de Pendry hasta nuestros días, han pasado varios años y en este lapso de tiempo se han ido desarrollando metamateriales, cada vez más complejos, en función del objetivo que se quiere alcanzar montándose los mismos minuciosamente y a escalas minúsculas, con elementos como el cobre, el aluminio o el silicio para dar forma a estos curiosos elementos capaces de gobernar la luz.

Con los mismos los investigadores disponen de una herramienta que les permite manejar a voluntad el comportamiento de la luz: Es como jugar a ser semidioses cómo cuando elhéroe griego Perseo pudo acabar Medusa con el yelmo de Hades que lo volvía invisible

Referencias

LA FISICA DE LO IMPOSIBLE. Michio Kaku

Invisibilidad- Wiki

Metamaterial -Wiki

Un paso mas hacia la invisibilidad

Metamaterials-Berkeley University

Acerca de mrjaen

La curiosidad es lo que me mueve a escribir

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