• ข่าว
  • เทคโนโลยี
    • หุ่นยนต์และปัญญาประดิษฐ์
    • วิศวกรรม
    • ยานพาหนะ
    • พลังงาน
    • เทคโนโลยีอาหาร
    • เทคโนโลยีการคำนวณ
    • เทคโนโลยีอวกาศ
  • ฟิสิกส์
  • เคมี
  • ชีววิทยา
    • วิทยาศาสตร์สุขภาพ
    • ชีววิทยาโมเลกุล
    • วิวัฒนาการ
    • สัตววิทยา
    • พฤกษศาสตร์
    • จุลชีววิทยา
    • กีฏวิทยา
    • นิเวศวิทยา
  • ดาราศาสตร์
    • ฟิสิกส์ดาราศาสตร์
    • จักรวาลวิทยา
    • วิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์
  • อื่น ๆ
    • ศิลปะ & วัฒนธรรม
    • คณิตศาสตร์
    • ประวัติศาสตร์
    • จิตวิทยา
    • ปรัชญา
    • วิทยาศาสตร์การกีฬา
    • Sci-fi
  • ร้านค้า
No Result
View All Result
The Principia
  • ข่าว
  • เทคโนโลยี
    • หุ่นยนต์และปัญญาประดิษฐ์
    • วิศวกรรม
    • ยานพาหนะ
    • พลังงาน
    • เทคโนโลยีอาหาร
    • เทคโนโลยีการคำนวณ
    • เทคโนโลยีอวกาศ
  • ฟิสิกส์
  • เคมี
  • ชีววิทยา
    • วิทยาศาสตร์สุขภาพ
    • ชีววิทยาโมเลกุล
    • วิวัฒนาการ
    • สัตววิทยา
    • พฤกษศาสตร์
    • จุลชีววิทยา
    • กีฏวิทยา
    • นิเวศวิทยา
  • ดาราศาสตร์
    • ฟิสิกส์ดาราศาสตร์
    • จักรวาลวิทยา
    • วิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์
  • อื่น ๆ
    • ศิลปะ & วัฒนธรรม
    • คณิตศาสตร์
    • ประวัติศาสตร์
    • จิตวิทยา
    • ปรัชญา
    • วิทยาศาสตร์การกีฬา
    • Sci-fi
  • ร้านค้า
No Result
View All Result
The Principia
No Result
View All Result

ผ้าคลุมล่องหนอาจจะไม่ใช่เรื่องแฟนตาซีอีกต่อไป

Peeravut BoonsatbyPeeravut Boonsat
14/07/2022
in Material Science, Physics, Technology
A A
0
ผ้าคลุมล่องหนอาจจะไม่ใช่เรื่องแฟนตาซีอีกต่อไป
Share on FacebookShare on Twitter

“ผู้ใดที่ได้ครอบครองมัน จะเป็นนายของยมทูต”

แฮรี่ พอตเตอร์ เครื่องรางยมทูต- J.K. Rowling

เครื่องรางยมทูตคือวัตถุเวทย์มนต์ทั้ง 3 ของโลกเวทย์มนต์อันประกอบไปด้วย ไม้กายสิทธิ์เอลเดอร์ หินชุบวิญญาณ และผ้าคลุมล่องหน ว่ากันว่าใครที่ได้ครอบครองของทั้ง 3 ชิ้นจะกลายเป็นนายของยมทูต มีอำนาจเหนือความตาย

สัญลักษณ์ของไม้กายสิทธิ์เอลเดอร์ หนิชุบชีวิต และผ้าคลุมล่องหน เรียงจากซ้ายไปขวา
ภาพจาก https://medium.com/a-good-life/the-deathly-hallows-f6775fb7dec

เรื่องราวการผจญภัยสุดแฟนตาซีของแฮรี่ พอตเตอร์และผองเพื่อนดูเป็นเรื่องที่ไม่น่าจะเกิดขึ้นได้จริงเอาซะเลย แต่ทว่าในปัจจุบันนี้วัตถุเวทย์มนต์อย่างผ้าคลุมล่องหนดูจะเป็นเรื่องใกล้ตัวกว่าที่คิด

ความพยายามในการสร้างผ้าคลุมล่องหน

ผ้าคลุมล่องหนในแง่มุมทางวิทยาศาสตร์นั้นคืออุปกรณ์ที่มีคุณสมบัติในการหักเหแสงที่วิ่งจากวัตถุไม่ให้เข้าตาผู้สังเกต แต่จะหักเหแสงจากด้านหลังของวัตถุให้เข้าตาผู้สังเกตแทน ถึงแม้ว่าด้วยหลักการอันเรียบง่ายนี้ดูเป็นอะไรที่ทำให้ผ้าคลุมล่องหนดูจะเป็นสิ่งที่ทำได้ไม่ยาก แต่ทว่าการควบคุมทิศทางการหักเหของแสงเป็นความท้าทายที่สำคัญของการสร้างผ้าคลุมล่องหนมาตั้งแต่อดีต

จุดเริ่มต้นของการพัฒนาผ้าคลุมล่องหนนั้นเกิดขึ้นเมื่อปี ค.ศ.1967 ก่อนแฮรี่พอตเตอร์กับศิลาอาถรรพ์ตีพิมพ์ 32 ปี นักฟิสิกส์ชาวรัสเซีย วิคเตอร์ เวเซลาโก้ (Victor Veselago) เสนอวัตถุอุดมคติที่มีดัชนีการหักเหแสงเป็นลบและได้ทำนายว่าแสงจะหักเหในทิศทางตรงกันข้ามกับวัสดุปกติ ในตอนนั้นไม่มีใครเชื่อเค้าเนื่องจากในตอนนั้นวัตถุนั้นเป็นเพียงวัตถุที่ไม่มีอยู่จริง

ก่อนอื่นต้องขออธิบายถึง ดัชนีการหักเหก่อนซักนิด อย่างที่เราได้ทราบกันเมื่อคลื่นเดินทางผ่านตัวกลางที่ความหนาแน่นแตกต่างกัน คลื่นจะเปลี่ยนทิศทางจากวิถีการเดินทางเดิมซึ่งการเปลี่ยนทิศทางนี้ถูกเรียกว่าการหักเห ในที่นี้คลื่นที่เราสนใจคือคลื่นแสง ซึ่งเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เดินทางด้วยความเร็วที่คงที่ในสุญญากาศ (สภาวะที่ไร้สิ่งใดกีดขวางทางเดินของแสง) จนกระทั้งเมื่อแสงเดินทางผ่านตัวกลางที่มีความหนาแน่นที่แตกต่างกันส่งผลให้ความเร็วของแสงในแต่ละตัวกลางเปลี่ยนแปลงไป ส่งผลให้ทิศทางการเคลื่อนที่เบี่ยงเบนไปจากวิถีเดิม โดยอัตราเร็วของแสงในสุญญากาศเทียบกับอัตราเร็วของแสงในตัวกลางที่แตกต่างกันเรียกว่า ดัชนีการหักเห

การหักเหแบบเข้าหาเส้นตั้งฉากซึ่งเกิดจากแสงเดินทางผ่านที่มีดัชนีการหักเหน้อยไปตัวกลางที่มีดัชนีการหักเหมาก
การหักเหแบบเบนออกจากเส้นฉากซึ่งเกิดจากแสงเดินทางผ่านที่มีดัชนีการหักเหมากไปตัวกลางที่มีดัชนีการหักเหน้อย

ซึ่งวิถีการหักเหของแสงจะเกิดได้ 2 ทางคือเบนเข้าหาเส้นตั้งฉากและเบนออกจากเส้นตั้งฉากกับพื้นผิวของวัตถุ (ดังรูปด้านบน) ซึ่งเกิดจากการเดินของแสงที่ผ่านตัวกลางที่มีค่าแตกต่างกัน

การหักเหของตัวกลางที่มีดัชนีการหักเหที่แตกต่างกัน
ที่มา : การหักเหแสงเหนือธรรมชาติ

จากรูป เราจะเห็นวิถีของแสงซึ่งเดินผ่านอากาศซึ่งมีดัชนีการหักเหเท่ากับ 1 เมื่อเดินทางผ่านตัวกลางที่มีความหนาแน่นที่มากขึ้นเรื่อย ๆ จะส่งผลให้มุม B หรือมุมหักเห มีค่าลดลงเรื่อย ๆ จนกระทั้งเมื่อแสงเดินทางผ่านตัวกลางที่มีดัชนีการหักเหแสงที่มากกว่าดัชนีการหักเหของอากาศมาก ๆ จะทำให้มุม B มีค่าเท่ากับศุนย์พอดี ซึ่งตามปกติแล้ววัตถุที่มีอยู่ตามธรรมชาติสามารถทำมุมหักเหได้ไม่เกินไปทางซ้ายของเส้นตั้งฉากนี้ แต่ถ้าหากตามทฤษฎีแล้ววัตถุใดก็ตามที่มีค่าดัชนีการหักเหติดลบก็จะทำให้มุมหักเห B นี้มีค่าเป็นลบไปด้วยแต่ทว่าธรรมชาติไม่มีวัสดุใดที่สามารถทำดัชนีการหักเหเป็นลบได้ ดังนั้นจึงอาจกล่าวได้ว่าวัตถุที่ดัชนีการหักเหเป็นลบนั้นคือวัตถุเหนือธรรมชาติ

จนกระทั้ง ค.ศ. 2003 นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ จอห์น เพนดรี และวิศวกรชาวอเมริกา เดวิด ชูริก กับ เดวิด สมิธ ก็ทำการประดิษฐ์วัสดุที่มีดัชนีหักเหติดลบ (เมต้าแมททีเรียลส์ : metamaterials) เป็นครั้งแรกของโลก ซึ่งทำจากขดลวดทองแดง ขนาด 0.2 มิลลิมิเตอร์ อีกทั้งค้นพบว่าวัสดุดังกล่าวมีคุณสมบัติในการหักเหแสงในย่านไมโครเวฟให้โค้งอ้อมวัตถุที่อยู่ด้านใน ทำให้วัตถุนั้นล่องหนหายไป เสมือนถูกผ้าคลุมล่องหนปิดเอา

ตัวสั่นพ้องวงแหวนแยก (ซ้าย) อะตอมประดิษฐ์ของเพนดรีซึ่งมีขนาดเล็กกว่าความยาวคลื่นแสง 2 เท่า เมื่อนำตัวสั่นพ้องวงแหวนแยกมาจัดเรียงเป็นผลึกดังรูป (ขวา) แล้วจะกลายเป็นวัสดุที่เป็นไปตามที่เวเซลาโก้ได้กล่าวไว้
ที่มา : การหักเหแสงเหนือธรรมชาติ
วัสดุที่มีดัชนีหักเหเป็นลบสำหรับคลื่นไมโครเวฟ
ที่มา : การหักเหแสงเหนือธรรมชาติ

ต่อมาในปี ค.ศ. 2003 ปาราซโซลิและคณะได้ทำการทดลองสาธิตการหักเหของแสงผ่านปริซึมที่ทำมาจากวัสดุที่มีค่าดัชนีหักเหแสงแบบเดียวกันกับที่สมิทธ์และทีมเคยใช้ก่อนหน้านั้นและได้เตรียมปริซึมขนาดเท่ากันแต่ใช้วัสดุที่มีค่าดรรชนีหักเหเป็นบวก ผลของการวัดค่าการส่งผ่านแสง ณ มุมหักเหแสงต่างๆ กันแสดงให้เห็นชัดเจนว่าแสงได้หักเหผ่านปริซึมทั้งสองไปคนละฝั่งของเส้นตั้งฉาก

ปริซึมที่ทำจากวัสดุค่าดัชนีหักเหแสงเป็นบวก (บนซ้าย) ปริซึมที่ทำจากวัสดุค่าดัชนีหักเหแสงเป็นลบ (บนขาว) และค่าการส่งผ่านของแสงที่มุมหักเหต่างกัน (ล่าง) ที่มา : การหักเหแสงเหนือธรรมชาติ

ตลอด 2 ทศวรรษนักวิทยาศาสตร์พยายามที่จะสร้างผ้าคลุมล่องหนสำหรับคลื่นแสงทุกช่วงความถี่และลดการสูญเสียพลังงานและการดูดกลืนแสงด้วยการใช้ฉนวนไฟฟ้าทดแทนการใช้ตัวนำไฟฟ้าเหมือนสมัยก่อน รวมทั้งใช้เทคโนโลยีนาโนอิมปริ้น (nanoimprint) แทนการใช้ลำแสงอิเล็กตรอน เพื่อลอกลายของอะตอมประดิษฐ์ลงไปบนแผ่นฟิล์มซึ่งสามารถขยายประดิษฐ์ เมต้าแมททีเรียลส์ในระดับขนาดใหญ่ขึ้นได้

โล่ล่องหน

Invisibility Shield Co. บริษัทสตาร์ทอัพในประเทศอังกฤษ ประกาศเปิดระดมทุนเพื่อพัฒนาเทคโนโลยี “โล่ล่องหน” ทางบริษัทเปิดเผยว่า โล่ล่องหนที่จะถูกผลิตขึ้นนี้มีลักษณะเหมือนแผ่นกระจกที่ผลิตจากวัสดุโพลีเมอร์ที่สามารถนำกลับมารีไซเคิลได้ซึ่งผ่านกระบวนการขึ้นรูปและอัดรีด เพื่อให้มีลักษณะของเลนส์นูนที่นำมาเรียงชิดติดกันอย่างเป็นระเบียบด้วยกระบวนการการออกแบบเชิงวิศวกรรมที่มีความแม่นยำสูง ซึ่งในปัจจุบันได้ผลิตรุ่นทดสอบขึ้นซึ่งจะมอบให้กับผู้ระดมทุนตามยอดที่ได้ตั้งเอาไว้ โดยโล่ล่องหนนี้จะเป็นเทคโนโลยีล่องหนที่สมบูรณ์ที่สุดเท่าที่เคยมีมาในโลกซึ่งจะถูกผลิตขึ้นภายหลังจากการพัฒนาจนแล้วเสร็จในเดือนธันวาคม

หลักการทำงาน

ด้วยลักษณะของเลนส์นูนที่วางเรียงชิดติดกันอย่างแม่นยำนี้ ทำให้แสงที่ตกกระทบวัตถุด้านหลังโล่เกิดการหักเห กระจายออกไปทางด้านข้างทั้งซ้ายและขวา ไม่เข้าสู่ดวงตาของผู้สังเกต ในขณะที่แสงที่ไม่ตกกระทบวัตถุจะเดินทางผ่านโล่ และเกิดการหักเหแสงแบบลู่เข้าสู่ดวงตา ทำให้ผู้สังเกตไม่เห็นภาพของวัตถุที่ซ่อนหลังโล่ แต่จะเห็นภาพของฉากหลังแทน ทำให้ผู้สังเกตมองไม่เห็นวัตถุด้านหลังโล่ โดยโล่มีความหนาเพียง  2.3 นิ้ว และมีน้ำหนักไม่มาก วัสดุที่ใช้ในการผลิตมีความแข็งแรง สามารถติดตั้ง และขนย้ายได้ อีกทั้งยังไม่ต้องอาศัยแหล่งพลังงานใด ๆ ในการทำงาน

หลักการการทำงานของโล่ล่องหน
ที่มา : A Real Working INVISIBILITY SHIELD by Invisibility Shield Co.

สรุป

ถึงแม้ว่าในปัจจุบันเราจะยังไม่สามารถทำผ้าคลุมล่องหนตามแบบในหนังได้ แต่ทว่าด้วยเทคโนโลยีที่ถูกพัฒนาขึ้นตามกาลเวลาทำให้โล่ล่องหนซึ่งกำลังถูกปล่อยมาในเดือนธันวาคมตามแผนนี้ถือเป็นเทคโนโลยีการล่องหนที่สมบูรณ์แบบที่สุด อย่างไรก็ตามการล่องหนที่เกิดขึ้นจากโล่นี้เกิดขึ้นเฉพาะบริเวณเท่านั้น ไม่ใช่การหักเหแสงซึ่งวิ่งผ่านทั้งหมดไม่ให้เข้าตาผู้สังเกต

อย่างไรก็ตามโล่ล่องหนนี้เองก็มีต้นทุนในการผลิตที่สูงเนื่องจากต้องอาศัยเทคโนโลยีนาโนอิมปริ้นและการออกแบบที่แม่นยำส่งผลให้ในแง่ของผู้บริโภคทั่ว ๆ ไปแล้วโล่นี้มีราคาที่ค่อนข้างสูง

อ้างอิง

A Real Working INVISIBILITY SHIELD by Invisibility Shield Co.

‘ผ้าคลุมล่องหน’ ของวิเศษที่มีอยู่จริง

การหักเหแสงเหนือธรรมชาติ

Tags: harry potterinvisiblerefraction
Peeravut Boonsat

Peeravut Boonsat

ผมคือนิวไทป์ผู้บ้าชีววิทยา เพราะชีวะคือชีวิต ถ้าอยากมีชีวิตให้รักเด็กชีวะนะครับ

Related Posts

DNA of Things เปลี่ยนวัตถุทุกชนิดให้กลายเป็นที่เก็บข้อมูลดิจิตอลด้วยดีเอ็นเอ
Biology

DNA of Things เปลี่ยนวัตถุทุกชนิดให้กลายเป็นที่เก็บข้อมูลดิจิตอลด้วยดีเอ็นเอ

byWatcharin Unwet
13/01/2023
แบตเตอรี่ ขุมกำลัง ของรถยนต์ไฟฟ้า
Energy & Fuels

แบตเตอรี่ ขุมกำลัง ของรถยนต์ไฟฟ้า

byPichayut Tananchayakul
10/01/2023
Cell Rover มิติใหม่แห่งการศึกษาชีววิทยาของเซลล์โดยทำให้เซลล์เป็นไซบอร์ก
Biology

Cell Rover มิติใหม่แห่งการศึกษาชีววิทยาของเซลล์โดยทำให้เซลล์เป็นไซบอร์ก

byWatcharin Unwet
06/01/2023
ไฟฟ้าไร้สาย อนาคตการส่งกระแสไฟฟ้า
Energy & Fuels

ไฟฟ้าไร้สาย อนาคตการส่งกระแสไฟฟ้า

byPeeranath Watthanasean
31/12/2022
The Principia

ส่งเสริมสังคมสร้างสรรค์ ด้วยการสื่อสารวิทยาศาสตร์

© 2021 ThePrincipia. All rights reserved.

The Principia Media

About Us
Members
Contact Us
theprincipia2021@gmail.com

Follow us

No Result
View All Result
  • ข่าว
  • เทคโนโลยี
    • หุ่นยนต์และปัญญาประดิษฐ์
    • วิศวกรรม
    • ยานพาหนะ
    • พลังงาน
    • เทคโนโลยีอาหาร
    • เทคโนโลยีการคำนวณ
    • เทคโนโลยีอวกาศ
  • ฟิสิกส์
  • เคมี
  • ชีววิทยา
    • วิทยาศาสตร์สุขภาพ
    • ชีววิทยาโมเลกุล
    • วิวัฒนาการ
    • สัตววิทยา
    • พฤกษศาสตร์
    • จุลชีววิทยา
    • กีฏวิทยา
    • นิเวศวิทยา
  • ดาราศาสตร์
    • ฟิสิกส์ดาราศาสตร์
    • จักรวาลวิทยา
    • วิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์
  • อื่น ๆ
    • ศิลปะ & วัฒนธรรม
    • คณิตศาสตร์
    • ประวัติศาสตร์
    • จิตวิทยา
    • ปรัชญา
    • วิทยาศาสตร์การกีฬา
    • Sci-fi
  • ร้านค้า