Monthly Archives: אוקטובר 2007

בלי הארי פוטר – גלימת היעלמות טכנולוגית

מאגדות של ימי קדם ועד ימינו אלה מלווה אותנו החלום "לראות ולא להיראות", או לגרום לחפצים להיעלם מעיני המתבונן. בסיפורי פנטסיה החלום ממומש באמצעות קסם או כישוף – ראה "גלימת ההיעלמות" של הארי פוטר. משום מה אנחנו נהנים כשקוסמים-בדרנים מדהימים אותנו בלהטוטים מתוחכמים של העלמת ארנבים או קרונות רכבת. האם זה מבטא שאיפה כמוסה שלנו להעלים או להעלם?

יש כמובן יתרונות בהיעלמות – למשל אם תוקפת אותך חבורת בריונים, או אם סתם בא לך להימצא בסביבה בלי שנוכחותך תתגלה, או אם יש לך עניין בהגנה בשדה הקרב בתוך מבנה או כלי רכב בלתי נראים.

ביצירות מדע בדיוני מנסים להעניק לקורא או לצופה לפחות אשליה שההעלמה מבוססת על הישג מדעי אשר מומש ביכולת טכנולוגית. כשחלליות הצי הרומולאני ב"מסע בין כוכבים" הופכות לפתע לבלתי נראות, ברור לנו שהדבר מושג הודות לטכנולוגיה המתקדמת של הרומולאנים, תהא אשר תהא, ולא באמצעות שרביט קסמים.

ויש גם, איך לא, אגדות אורבניות או תאוריות קונספירציה (תלוי בהשקפה) בדבר ניסויים צבאיים סודיים שנערכו כביכול בשנת 1943 על-ידי הצי האמריקני ובהם "הועלמה" המשחתת "אלדריג' " לחלוטין והפכה לבלתי נראית לפרק זמן קצר. כיצד? באמצעות טכנולוגיה מסתורית שאמורה להיות קשורה איכשהו ל"תורת השדה המאוחד" בפיסיקה. על פי השמועה היא לא רק הועלמה, אגב, אלא גם עברה "טלפורטציה" למקום מרוחק. אם אתם חושדים שהניסוי הזה, שהיה או לא היה, קשור גם לסיפורי העב"מים שפרצו ופרחו באותה תקופה, וכך גם לסיפורי "משולש ברמודה" הידועים, אתם לא טועים.

אם נלך אל המקורות נגיע, כרגיל, אל הרברט ג'ורג' וולס. בספרו הקלאסי "האיש הבלתי נראה" (1897), מספר וולס את סיפורו המדהים של מדען בשם גריפין אשר באמצעות ידע באופטיקה ושימוש בחומרים כימיים מתאימים משנה את מקדם שבירת האור של תאי גופו ומשווה אותו למקדם השבירה של אוויר (יש בספר הסבר מפורט). עקב כך, נמנעת כביכול כל בליעה או החזרה של קרני האור וגריפין הופך את עצמו לבלתי נראה. ההסבר נשמע הגיוני, לפחות ברמה התאורטית, למעט פרט קטן אך משמעותי שעליו הצביע לראשונה הסופר היהודי-רוסי יעקב פרלמן, בספרו "פיסיקה יכולה להיות כיף" (1913) – בשיטה שמתאר וולס, גריפין הבלתי נראה לא יוכל לראות בעצמו. הוא חייב להיות עיוור לחלוטין, שהרי העין פועלת על בסיס מיקוד ובליעה של קרני אור, והיא לא תתפקד אם האור יעבור דרכה כמו דרך חלל ריק, בלי להתמקד דרך העדשה ולהיקלט ברשתית. למעשה, לא רק הראיה אלא מנגנונים ביולוגיים נוספים, שיהיה לנו קשה עד בלתי אפשרי לחיות בלעדיהם, קשורים באינטראקציות בין מולקולות ביולוגיות וקרני אור.

עטיפה של אחת מאינספור המהדורות של הספר "האיש הבלתי נראה" מאת ה. ג'. וולס

אבל גם אם שינוי כימי של התכונות האופטיות של תאי הגוף הוא מסובך או בלתי אפשרי, האם בכל זאת אפשר לחשוב על חפצים בלתי נראים, או על העלמת חפצים בעזרת משהו שיכול להיקרא "גלימת היעלמות" טכנולוגית? עד כמה שזה מפתיע, התשובה היא כנראה שכן.
החלליות הבדיונית הבלתי נראות של הרומולאנים ודומיהן מבוססות, כך נרמז, על "שדה כוח" שמסיט את קרני האור כך שהחללית נעלמת מעין. יש לזה לכאורה אחיזה תאורטית במציאות הפיסיקלית של תורת היחסות הכללית: שדה כבידה חזק דיו מעקם את המרחב שבקרבתו ועקב כך גם את קרני האור – מה שפותח פתח לאפשרויות מעניינות. שאלה אחרת היא איך יוצרים שדה כבידה כזה, איך "מדליקים" או "מכבים" אותו, וכיצד תופק האנרגיה (העצומה) הנדרשת לשם כך. לרומולאנים יש בוודאי תשובות. אחרי הכל, עיקומי-חלל הם דבר שגרתי במדע הבדיוני.

אבל מתברר שלא צריך להרחיק לכת עד כדי כך כדי להעלים חפצים. בשנים האחרונות מתרבים המחקרים המראים שניתן לעשות זאת על-ידי בניית חומרים מיוחדים במינם, בעלי מקדם שבירה שלילי. חומרים כאלה נקראים "על-חומרים" או "מטה-חומרים" (Metamaterials), והם עומדים במוקד מחקרים הולכים ומתרבים במעבדות ברחבי העולם. מסיבות מובנות העלמת חפצים היא משאת נפש של גופי פיתוח צבאיים – הרי מדובר בהסוואה אולטימטיבית. אם אכן יש ממש בטכנולוגיה שכזאת, אפשר יהיה ליצור טנקים או מטוסים בלתי נראים או לפחות להסתיר מבנים, מחסנים, משגרים, וכן הלאה.

ההסוואה המושלמת של החייזר בסרט הבדיוני "הטורף", העוטה מעין שריון שיכול להפוך ל"שקוף" ולהתמזג עם הרקע, התבססה על רעיונות שהועלו בנוגע להסוואת חיילים בשדה הקרב, וממשיכה גם לשמש השראה לרעיונות חדשים בתחום זה. אבל העניין ב"מטה-חומרים" הוא רב לא רק בשל אי-נראותם אלא גם בשל יישומים אפשריים נוספים שלהם בתחומים כמו עדשות ייחודיות למיקרוסקופים מיוחדים, רכיבים אלקטרו-אופטיים חדישים, אנטנות מיוחדות, לייזרים וגם דורות חדשים של תקליטורי DVD ועוד. סביב הנושא מתפתח בזמן האחרון תחום מחקרי חדש שנקרא "פלסמוניקה", שזכה למאמר מיוחד בגליון אפריל 2007 של "סיינטיפיק אמריקן" (נוסח עברי שלו כלול בגליון אוגוסט-ספטמבר של המהדורה העברית).

החייזר הבלתי נראה בסרט "הטורף". האם אנחנו מתקרבים ליכולת טכנולוגית מעין זאת?

יש מספר שיטות "להנדס" חומר בעל מקדם שבירה שלילי, והן מבוססות בדרך כלל על הגברת התגובה של החומר לשדה האלקטרו-מגנטי באמצעות מניפולציה של מבנה החומר בסקאלה של אורך הגל של האור, או על-ידי שילוב חומרים אלקטרואופטיים ושליטה על תכונותיהם בעזרת מעגלים חשמליים נלווים (הסבר קצר בעברית נמצא באתר "צעירים במדע" של מכון וייצמן).

נשמע מסובך? כן, זה אכן מסובך, אבל שינוי תכונות של חומר כדי לשנות שדות מגנטיים הוא דבר הרבה יותר מעשי משינויי שדות כבידה ועיקומי חלל. הדבר אפילו הודגם במעבדה בנובמבר 2006 על-ידי צוות מחקר בראשות פרופ' דיוויד ר. סמית באוניברסיטת דיוק בארה"ב, שהתבססו על חישובים תיאורטיים של מדען בשם ג'ון פנדרי מ"אימפריאל קולג' " בלונדון. החוקרים השתמשו במין מערך של טבעות חד-מרכזיות של מעגלים אלקטרוניים מודפסים, שמתנהג כמו "גלימת היעלמות": אם שמים במרכזו משהו, נניח גליל מתכת, ומקרינים על הכול קרינה אלקטרומגנטית, הקרינה מתנהגת כאילו אין בפנים שום דבר. הקרניים "עוקפות" את גליל המתכת ומתחברות בחזרה, כך שהתוצאה הסופית (מבחינתו של צופה מבחוץ) היא כאילו הן עברו דרך חלל ריק.

העלמת חללית בתוך "קליפה" של "על-חומר" בעל מקדם שבירה שלילי (איור מתוך כתבת שער בגליון אפריל 2007 של "סיינטיפיק אמריקן")

הדרך מכאן ועד לחללית העטופה בגלימה שכזאת והופכת לבלתי נראית עדיין ארוכה מאוד, אך יש הרואים בהישג של פרופ' סמית וחבריו פריצת דרך מבטיחה.
הבעיה היא שהדגמת ה"היעלמות" של סמית עובדת (לפחות בשלב זה) באורכי גל ספציפיים בתחום המיקרוגלים ולא בתחום האור הנראה. באור נראה הפיתרון יותר מסובך, מכיוון שכדי לטפל באורכי הגל הקצרים של האור הנראה יש צורך באבני בניין בגדלים של 10 – 20 ננומטרים (ננומטר הוא אלפית המיקרון, ומיקרון הוא אלפית המילימטר). טכניקות של ננו-טכנולוגיה יכולות ככל הנראה להתמודד עם זה וקבוצות מחקר אחדות עובדות בכיוון זה במרץ.

בעיה לא פחות מסובכת היא לגרום לכך שהאובייקט יהיה בלתי נראה לכל רוחב הספקטרום של האור הנראה, ולא רק לאורך גל מסוים, שהרי אין תועלת רבה בלהיות בלתי נראה רק באור אדום, למשל. ההסוואה של החייזר בסרט "הטורף" לא הייתה מוצלחת כל כך אילו הוגבלה לאורך גל אחד ויחיד.

ייתכן שיש דרכים נוספות להשיג הסוואה מושלמת או שקיפות כמו זו של "הטורף". אפשר להדגים זאת בניסוי פשוט, בעזרת מחשב נייד ומצלמת וידאו באיכות גבוהה. שימו מצלמה כזו מאחורי מסך המחשב, הפנו אותה אחורה, והפעילו. מי שיסתכל על המסך יחשוב שהוא שקוף, כי המסך יציג את הרקע שמצלמת המצלמה. אם מישהו יעמוד בין המצלמה למחשב, הוא (או חלק מגופו) ייראה שקוף למי שיביט במסך, שהרי המצלמה מצלמת את מה שמאחורי אותו מישהו. מכאן והלאה לא קשה לדמיין, למשל, בניין שכל חזיתו מסך שעליו מוקרנת תמונה של הנוף שמאחורי הבניין. יש כמובן בעיות כמו רזולוציה ואיך תיראה התמונה מזוויות שונות – אבל אלה ניתנות לפיתרון. יותר מסובך יהיה ליצור מעטה או בגד שיתפקד כמו מסך, ועוד יותר קשה יהיה לפתח מערכת שתצלם כל הזמן את הסביבה, גם תוך כדי תנועה, ותקרין אותה במדויק "החוצה" כך שמי שילבש את הבגד המופלא הזה יהיה מוסווה או "שקוף" לחלוטין. קשה ויקר, אך כנראה לא בלתי אפשרי. כבר לפני שנים הועלו רעיונות שונים בכיוון זה, כמו שימוש במערך עצום של יחידות אופטיות בגודל ננומטרי שישולבו בבגד, אשר יצלמו ויקרינו, כשהעיבוד הממוחשב (נדרש עיבוד בזמן אמת, עניין לא פשוט) נעשה במחשב לביש, אולי אפילו בננו-מעבדים המשולבים באותן יחידות. בהתחשב במגבלות המזעור וכושר העיבוד של הזמן שבו הועלו רעיונות אלה לראשונה, הם נראו דמיוניים לחלוטין. אך כידוע יכולות אלה מתקדמות בקצב מעריכי ומה שנראה פעם דמיוני או מופרך נראה היום כמעט בר-ביצוע.

גרסה פשוטה יחסית של "מעיל היעלמות" שכזה אפילו הודגמה בפועל לפני שנים אחדות על-ידי חוקרים וסטודנטים במעבדתו של ססומו טאצ'י באוניברסיטת טוקיו. הם השתמשו במערכת פשוטה של מצלמת וידאו ומקרן שהקרין את הוידאו על מעיל מיוחד שלבש "האיש הבלתי נראה" (או, מוטב לומר, "האיש שחלקו נראה שקוף"). התוצאה הייתה מוגבלת אך משעשעת, והמחישה את האפשרויות הגלומות בשכלול הטכנולוגיה.

"מעיל השקיפות" של סוסומו טאצ'י: מצלמה מקרינה את תמונת הרקע על המעיל.

חלפו 110 שנים מאז פרסום "האיש הבלתי נראה" של ה. ג'. וולס. אם קצב ההתקדמות הטכנולוגית ימשיך כפי שהורגלנו בשנים האחרונות, נראה שלא נמתין עוד 110 שנים עד שטכנולוגיה כזאת או אחרת של "גלימת היעלמות" תהפוך למציאות. בלי צורך בחוכמת הקסמים של "הוגוורטס".

המאמר פורסם (בשינויים קלילים) בגליון מס' 32 של "המימד העשירי", כתב העת שלהאגודה הישראלית למדע בדיוני ופנטסיה.