Non illudetevi, non sarete mai invisibili

Un gruppo di ricercatori della University of Texas ha quantificato i limiti fondamentali delle prestazioni dei mantelli dell'invisibilità pensati per rendere gli oggetti non rilevabili dalle onde radio, dalle microonde, dalla luce visibile e da tutti gli altri tipi di radiazioni elettromagnetiche.

Il lavoro del team, descritto nell'ultimo numero di Optica, conferma che, se da un lato è possibile mascherare perfettamente un oggetto rispetto a onde elettromagnetiche di lunghezze d'onda limitate, dall'altro questo risulta visibile sotto altre lunghezze d'onda. Un limite notevole.

La ricerca sull'invisibilità ha generato un hype considerevole, per le ovvie implicazioni fantascientifiche, che si parli di occultamento di portaerei o di nascondere ladri di diamanti. L'idea è rimasta una pura speculazione teorica e fantascientifica, fino al 1990, periodo in cui sono giunti sulla scena i metamateriali.

A partire da quel momento, è stato possibile modificare le proprietà fisiche di un materiale in maniera impressionante portando a numerosi miglioramenti negli ultimi due decenni. Per esempio, uno studio pubblicato su Science lo scorso autunno descrive un materiale per l'invisibilità pensato per avvolgere oggetti di forma arbitraria, riproducibile su larga scala. Praticamente, la realizzazione del sogno fantascientifico dell'invisibilità.

L'idea fondamentale dietro il mantello dell'invisibilità è semplice. Quando un fascio di luce incontra un ostacolo, le sue componenti—le diverse frequenze spettrali che compongono quello che all'apparenza dovrebbe essere un fascio omogeneo—vengono deviate e riflettute. Le componenti interessate e l'entità della riflessione dipendono dal materiale. È proprio questa interferenza tra luce visibile e oggetti intermedi a consentirci di vederli.

Per realizzare un mantello dell'invisibilità bisogna far sembrare che la luce non venga distorta dal mantello. Ovviamente si tratta di un compito più facile a dirsi che a farsi. Per mascherare un oggetto, quindi, è necessario ricostruire in maniera perfetta i campi ottici intorno a tale oggetto in modo da far sembrare che non avvenga alcuna dispersione luminosa.

La capacità di mascherare gli oggetti varia molto a seconda dell'oggetto che avvolgono. Nascondere un corpo umano da tutta la gamma di luce visibile è una questione molto diversa rispetto, ad esempio, a rendere invisibile una piccola antenna radio. Il lavoro dell'UT analizza la gamma di possibilità in tal senso, fornendo un quadro di riferimento.

All'aumentare delle dimensioni dei "diffusori," la luce che riflettono/deviano eccita sempre di più le armoniche delle frequenze circostanti. Si potrebbe paragonare questo processo al pizzicare o sfregare una corda di violino, con forza sempre maggiore, per mandare in risonanza le altre corde e il corpo dello strumento. Se si vuole far sembrare che il violino/oggetto non esista, bisogna considerare un numero crescente di eccitazioni.

Come risultato otteniamo un limite matematico all'invisibilità che si impone con una complessità crescente. "I nostri risultati confermano che, in ultima analisi, l'occultamento a banda larga di oggetti macroscopici, ovvero la soppressione totale della dispersione, è impossibile con mantelli passivi e lineari di complessità arbitraria," conclude il paper di UT. (Questo è un ampliamento del lavoro precedente dell'UT che dimostra come, in molti casi, l'invisibilità ottica su grossa scala renda gli oggetti occultati più facili da rilevare.)

In sostanza, probabilmente non dovremmo perdere tempo sognando di raggiungere l'invisibilità totale su scala umana, sfruttando tecnologie passive. Questo non significa che l'invisibilità su larga scala sia impossibile, ma che, probabilmente, per ottenerla saranno necessarie tecnologie attive. Ad esempio, un mantello attivo potrebbe calcolare e visualizzare una ricreazione di qualche scena nascosta dall'oggetto. L'implementazione più semplice potrebbe essere quella di utilizzare una telecamera che registri tutto ciò che si trova dietro l'oggetto da nascondere, per poi proiettarlo di fronte all'oggetto.

Ebbene sì, un risvolto meno eccitante di quanto sperato, senza tenere conto del fatto che persino un mantello attivo subirà delle limitazioni a causa della teoria della relatività di Einstein. La velocità della luce è costante—se la luce è costretta a deviare attorno ad alcuni oggetti nascosti, non raggiungerà mai l'osservatore allo stesso modo di come farebbe se passasse attraverso l'oggetto (ovvero, proprio come se non ci fosse alcun oggetto di mezzo.)

In definitiva, il sogno fantascientifico dell'occultamento perfetto dell'invisibilità deve rimanere tale. Il che potrebbe anche non essere per forza un esito negativo.