Teoretický fyzik Tomáš Tyc z Přírodovědecké fakulty MU v lednu spolupublikoval v časopise Science článek, jenž by mohl být prvním krokem k praktickému uskutečnění neviditelnosti. Mladý vědec, kterému učarovala každodenní fyzika kolem nás, k tomu dodává: „Neviditelnost je pro mě hlavně krásný a naprosto fascinující optický klam.“
V čem spočívá základní princip vašeho projektu neviditelnosti?
Základní princip je obsažen již v původním projektu z roku 2006, který pochází od profesorů Pendryho a Leonhardta. Jejich myšlenka spočívala v tom, že předmět, který má být neviditelný, se obalí materiálem s jemnou mikroskopickou strukturou. Tento materiál pak vede přicházející světlo tak, že na předmět nedopadne, ale obejde jej, podobě jako třeba voda obteče nějakou překážku. Aby nebylo toto obtékání poznat, světlo se musí vrátit do směru, který mělo, než se k předmětu přiblížilo. Když se to všechno povede, pak to vypadá, jako by paprsek procházel úplně prázdným prostorem – předmět zmizí. Jiná, avšak prakticky nereálná možnost by byla založit neviditelnost na tom, že světlo projde skrz předmět. To bychom ale předmět museli modifikovat tak, aby byl průhledný, a to je pro většinu materiálů vyloučeno.
Zmíněný předchozí projekt ale fungoval jen za určitých podmínek. Váš by měl být lepší. V čem je shoda a k jakému došlo posunu?
V původním i v našem novém návrhu se prostor, v němž se světlo šíří po přímkách, deformuje tak, že se přímky změní v křivky. Po těchto křivkách pak světlo předmět obtéká. V předchozím návrhu je deformace taková, že se bod roztáhne v kruh. Kruh je ale nekonečněkrát větší než bod, proto světlo obtékající předmět musí ve stejném čase urazit nekonečněkrát větší vzdálenost než původně, a jeho rychlost tedy musí být nekonečná. Toho se ovšem dá docílit jen pro jedinou frekvenci záření.
Neviditelnost by tedy fungovala, jen kdybyste si třeba nasadil brýle, které propustí jednu barvu. Váš princip ale funguje v normálním světle. Jak jste toho dosáhli?
Využili jsme takzvané neeukleidovské geometrie – geometrie zakřiveného prostoru. Tam se světlo zakřivuje přirozeně. Díky tomu jsme se vyhnuli nekonečným deformacím prostoru a tím i rychlostem. V našem návrhu je rychlost světla v některých místech prostoru třeba dvakrát větší nebo naopak desetkrát menší než ve vzduchu. I toho se prakticky zatím dosahuje obtížně, ale není to přece jen nekonečno. To umožňuje pracovat s více barvami a časem budeme mít materiál, který to umožní.
Pro uskutečnění vaší teorie je tedy potřeba ještě přijít s materiálem, který princip v praxi umožní. Na tom teď pracujete?
Spolupracujeme s jednou univerzitou v Hongkongu, která se bude návrhem tohoto materiálu zabývat. My jsme teoretičtí fyzikové a zajímají nás spíše fundamentální principy. Další rozpracování a optimalizace, tedy nastavení takových parametrů, aby věc fungovala co nejlépe, včetně návrhu potřebného materiálu, to je práce pro inženýry. Teď už je jen otázkou času, kdy neviditelné zařízení někdo reálně sestrojí.
Bude to pak skutečně fungovat za všech podmínek, pod jakýmkoliv úhlem pohledu a tak, že pouhým okem člověk vůbec nic nepozná?
Ano, neviditelnost funguje kdekoliv a ze všech úhlů. Neviditelnou věc budete moci obcházet a dívat se ze všech stran a budete opravdu mít pocit, jako by tam nic nebylo, dokud do věci třeba nenarazíte. Kdyby neviditelnost fungovala jen z určitého úhlu, tak by to moc zajímavé nebylo. Například tenkou fólii taky nevidíte, když se díváte v její rovině.
Co by viděl člověk, který by byl v dutině obalené neviditelným pláštěm?
Neviděl by nic, protože na to, aby viděl ven, muselo by nějaké světlo zvenčí dopadnout do jeho oka a to by jej prozradilo. Další pozoruhodná věc je, že kdyby takový člověk vzal baterku a svítil si vevnitř, světlo by zase nemohlo vyjít ven, takže by se mu vracelo zpátky. Kdyby si tedy posvítil před sebe, světlo by k němu přišlo zezadu. Viděl by proto před sebou obraz svých zad a podobně vždycky přesně opačnou část svého těla, než v jakém směru by se díval.
Pro úspěch vašeho projektu byla podstatná změna celého základního přístupu. Jak jste na to přišli?
Na využití neeukleidovských prostorů přišel už v době prvního projektu profesor Leonhardt, ale tehdy ještě nevěděl, jak princip navrhnout tak, aby rychlost světla nebyla nekonečná. U Pendryho projektu bylo od začátku jasné, že tento problém nepůjde odstranit. U toho Leonhardtova jsme ale pořád tušili, že je nějaká naděje, a snažili se řešení vymyslet.
Pamatujete si nějaký konkrétní moment, jak jste přišli na to, jak se vyhnout nekonečné rychlosti světla?
Minulý rok jsem byl na čtyři měsíce za profesorem Leonhardtem v St. Andrews. To je takové typické malé skotské přímořské městečko a je tam moc krásně. Mají tam úžasný park, kterým jsem chodil každý den do práce, a vůbec se tam procházel a pořád jsem se na řešení snažil přijít. Nedokážu asi říct konkrétní moment, ale postupně mě na tom místě napadlo několik klíčových myšlenek, které se spojovaly, až to najednou začalo fungovat.
Kde se bude dát neviditelnost použít v praxi?
Na to se samozřejmě pořád všichni ptají. Neviditelnost je velice lákavá pro armádu, ale s tím nechceme mít nic společného. Mírové využití se jistě najde, přestože zatím pro ně jasnou vizi nemáme. Pro mě je neviditelnost hlavně krásný a naprosto fascinující optický klam.
Co pro vás znamená publikování v časopise Science?
To je opravdu velká věc, která se hned tak nepovede – věci zde uveřejněné patří k nejvýznamnějším světovým objevům. Jeden článek v Science je něco jako deset v běžných mezinárodních vědeckých časopisech. Před dvěma lety by mě vůbec nenapadlo, že se něco takového podaří. Ohlas je navíc velký. Teď se mi třeba ozvala jedna firma, která vyrábí ochranné fólie na bankovky a dálniční zámky, a má zájem o spolupráci.
Děláte kromě seriózní vědy i popularizační show Dobrodružná fyzika. Co vás na tom baví?
Baví mě ukazovat lidem, že dívat se očima fyziky je zajímavé a zábavné. Spousta lidí si totiž myslí, že fyzika jsou jen nudné vzorečky. Jenže fyzika, to je každodenní svět kolem nás.
Tahle fascinace každodenní fyzikou vás k tomuto oboru přivedla?
Učarovala mi někdy na základní škole díky knížce Zajímavá fyzika od J. I. Perelmana. Autor v ní vypráví o různých fyzikálních jevech z běžného života. Nazval jsem stejně i předmět, který na Přírodovědecké fakultě učím a kde vysvětluju, proč šustí igelitový sáček nebo třeba proč vržou dveře.
