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Kappe der Unsichtbarkeit von gewöhnlichen Linsen

11.10.2014

Die fabelhafte Unsichtbarkeitskappe inspiriert Physiker, weiter nach „Unsichtbarkeitstechnologie“ zu suchen. Dafür gibt es bereits jetzt mehrere Ansätze, verbunden mit dem Einsatz von Schalen oder Blenden, die in der Lage sind, das Licht um das Objekt herumlaufen zu lassen und sich in die gleiche Richtung weiter auszubreiten. In diesem Fall sieht der Betrachter, was sich hinter dem Objekt befindet, das somit unsichtbar gemacht wird. Diese an sich schwierige Aufgabe wird durch die Tatsache erschwert, dass verschiedene Strahlen unterschiedliche Zeiten benötigen, um den Körper zu umrunden, während sie sich für eine "hochwertige" Unsichtbarkeit gleichzeitig ausbreiten müssen. Die Umsetzung dieser Methoden ist mit dem Einsatz von Hochtechnologien und exotischen Materialien wie Metamaterialien verbunden. In diesem Fall wird die Unsichtbarkeit nur von einem bestimmten Punkt aus beobachtet und verschwindet, sobald sich der Betrachter ein wenig bewegt.

Physiker der University of Rochester in New York haben ein anderes Konzept vorgeschlagen – um das Verschwinden des Motivs mithilfe der sogenannten Strahlmaskierung sicherzustellen. Sie entwickelten ein Vier-Linsen-System, das in der Lage ist, große Objekte zu verbergen, die sich zwischen den Linsen befinden, wenn sie durch sie betrachtet werden. Für seine Herstellung genügen günstige und leicht zugängliche Objektive mit unterschiedlichen Brennweiten. Je größer die Linsen, desto größer kann das Objekt mit ihrer Hilfe ausgeblendet werden. Das Objekt zwischen ihnen ist unsichtbar, auch wenn Sie es aus verschiedenen Winkeln betrachten (obwohl der Winkelunterschied innerhalb weniger Grad liegen sollte). Berechnungen zeigen, dass die Maskierung bei großen Objektiven bei Winkeln von bis zu 15 Grad oder sogar mehr funktioniert. Aber die Linsen müssen von hoher Qualität sein, um Kantenverzerrungen zu vermeiden.

Das Geheimnis des Verschwindens von Objekten ist sehr einfach. Ein System aus vier Linsen ist wie eine Linse, durch die der Betrachter den Hintergrund sieht. Aber sie hat ein Merkmal - die Art und Weise, wie sich Licht zwischen den Linsen ausbreitet. Die Linsen sind so angeordnet, dass das Licht des Hintergrunds in einem sehr schmalen Strahl gesammelt wird, der entlang der Systemachse gerichtet ist. Ein solcher Strahl wird als paraxial bezeichnet, daher der von den Autoren gegebene Name des Verfahrens "paraxiale optische Strahlmaskierung". Ein Objekt, das sich außerhalb dieses Strahls zwischen den Linsen befindet, ist für den Betrachter unsichtbar, der weiterhin den Hintergrund sieht. Es ist nur unmöglich, dass das Objekt diesen Strahl überlappt, dh es ist unmöglich, das Objekt in den Bereich zu platzieren, wo der Strahl mit dem Hintergrundbild vorbeigeht – in diesem Fall wird das Objekt sichtbar. Somit hat der Maskierungsbereich des Objekts die Form eines Donuts. Die Autoren behaupten zwar, dass sie ein Projekt für eine komplexere Installation haben, in der dieses Problem gelöst ist.

Um zu verstehen, wie ein paraxialer Strahl entsteht, genügt es, sich an die aus der Schulphysik bekannten Eigenschaften einer konvexen Linse zu erinnern. Es sammelt (fokussiert) das einfallende Licht in einem kleinen Fleck um den sogenannten Brennpunkt der Linse herum und lenkt die divergierenden Lichtstrahlen, die vom Fokuspunkt ausgehen, in parallele Achsen der Linse. Somit fokussiert die erste Linse des Aufbaus das Licht. Nachdem die Lichtstrahlen den Fokus der ersten Linse passiert haben, beginnen sie wieder zu divergieren, aber nicht weit vom Fokus entfernt wird eine zweite Linse in ihren Weg gestellt, die den divergierenden Strahl in einen nahezu parallelen umwandelt. Dazu muss die Position seines Fokus mit dem Fokus der ersten Linse übereinstimmen und die Brennweite muss kleiner sein, damit der Strahl schmal ist. Die verbleibenden zwei Linsen in umgekehrter Reihenfolge stellen das ursprüngliche Licht wieder her.

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