Từ siêu vật liệu bẻ cong ánh sáng đến công nghệ che giấu sóng âm, sóng nhiệt và địa chấn, các nhà khoa học đang mở rộng khái niệm “vô hình”.
Từ viễn tưởng đến phòng thí nghiệm
Từ hàng nghìn năm trước, con người đã thích thú với khái niệm “vô hình”. Trong văn hóa Ả Rập, những vị thần có thể xuất hiện và biến mất trong nháy mắt. Trong thần thoại Inuit, những “người bóng tối” lẩn khuất khỏi tầm nhìn con người.
Còn trong văn hóa đại chúng hiện đại, áo choàng tàng hình của phù thủy Harry Potter, các siêu anh hùng Marvel hay công nghệ tối tân trong Star Trek đã khiến khả năng biến mất khỏi thế giới trở thành biểu tượng của quyền năng.
Trong một thời gian dài, tàng hình được xem là đặc quyền của trí tưởng tượng. Tuy nhiên, trong vài thập kỷ trở lại đây, câu hỏi “liệu con người có thể trở nên vô hình?” đã không còn xa lạ, mà trở thành nghiên cứu của vật lý hiện đại.
Các nhà khoa học trên thế giới đang tìm cách biến điều từng được coi là phép màu thành hiện thực, không phải bằng bùa chú hay phép thuật, mà bằng những phương trình, vật liệu và công nghệ chính xác đến từng chi tiết.
Cốt lõi của khoa học tàng hình không nằm ở việc làm cho vật thể “biến mất” theo nghĩa đen, mà ở việc điều khiển các loại sóng như ánh sáng, âm thanh, nhiệt hay địa chấn, sao cho chúng đi vòng qua vật thể đó, tạo ra ảo giác rằng nơi ấy hoàn toàn trống rỗng.
Bước ngoặt quan trọng của khoa học tàng hình xuất hiện vào cuối những năm 1990 và đầu những năm 2000, khi các nhà khoa học bắt đầu phát triển siêu vật liệu. Không giống các vật liệu tự nhiên, siêu vật liệu có cấu trúc vi mô được thiết kế tinh vi, cho phép chúng tương tác với sóng theo những cách “phi tự nhiên”.
Năm 2006, nhà vật lý người Đức Ulf Leonhardt cùng các nhóm nghiên cứu tại Đại học Duke và Đại học Hoàng gia London công bố hai công trình mang tính nền tảng trên tạp chí khoa học Science.
Họ đề xuất một chiếc áo choàng làm từ siêu vật liệu, với vô số cấu trúc siêu nhỏ, có thể điều hướng các sóng ánh sáng đi vòng quanh vật thể bên trong. Khi ánh sáng thoát ra theo đúng hướng ban đầu, mắt người sẽ có cảm giác rằng nó đi xuyên qua không gian trống, khiến vật thể dường như biến mất.
Ý tưởng này đã được kiểm chứng. Dù còn rất sơ khai, thí nghiệm này đánh dấu lần đầu tiên con người chứng minh rằng tàng hình có thể đạt được bằng phương pháp khoa học.
Tuy nhiên, còn nhiều hạn chế. Để bẻ cong ánh sáng nhìn thấy được có bước sóng chỉ vài trăm nanomet, các cấu trúc của siêu vật liệu phải cực kỳ nhỏ và chính xác, đòi hỏi công nghệ nano đắt đỏ.
Hơn nữa, hầu hết áo choàng siêu vật liệu chỉ hoạt động hiệu quả ở một tần số duy nhất. Vì thế, nếu che được ánh sáng đỏ lại lộ diện dưới ánh sáng xanh. Hơn hết, một chiếc áo choàng hoàn hảo đến mức không cho ánh sáng lọt qua cũng đồng nghĩa với việc người mặc không thể nhìn thấy thế giới bên ngoài.
Không chỉ dành cho ánh sáng
Nhận thấy những giới hạn đó, nhiều nhà khoa học đã mở rộng khái niệm tàng hình ra ngoài ánh sáng. Yun Lai, nhà nghiên cứu tại Đại học Nam Kinh (Trung Quốc), cho rằng có rất nhiều con đường khác nhau để đạt tới sự vô hình, trong đó có những phương pháp không cần siêu vật liệu bao bọc trực tiếp vật thể.
Một hướng tiếp cận là che giấu từ xa, bằng cách đặt các thiết bị ở vị trí thích hợp để điều khiển sự tán xạ sóng, khiến các sóng triệt tiêu lẫn nhau. Cách này cho phép vật thể “ẩn mình” mà vẫn có thể tiếp nhận tín hiệu từ môi trường xung quanh, dù hiện mới khả thi với các sóng tần số thấp như sóng radio.
Một hướng khác mang tính chủ động hơn là phát ra các sóng đối nghịch để triệt tiêu sóng tới. Năm 2021, các nhà khoa học đã chứng minh rằng một hệ thống máy bơm nhiệt có thể che giấu vật thể khỏi camera hồng ngoại, thậm chí “ngụy trang” dấu hiệu nhiệt của nó thành một vật thể hoàn toàn khác.
Không giống áo choàng thụ động, các hệ thống này có thể được điều chỉnh linh hoạt, gần như “điều khiển bằng phần mềm”, dù chúng đòi hỏi người sử dụng phải biết trước loại tín hiệu cần che chắn.
Thực tế nhất cho đến nay lại nằm ở những loại sóng lớn như sóng biển và sóng địa chấn. Với bước sóng dài, việc tạo ra các cấu trúc điều hướng trở nên dễ dàng hơn. Bằng cách khoan các lỗ đồng tâm quanh móng công trình hoặc bố trí các cột bê tông dưới đáy biển, các nhà khoa học có thể làm lệch hướng sóng địa chấn và sóng biển, bảo vệ tòa nhà, giàn khoan hay di tích lịch sử khỏi các tác động phá hủy.
Thậm chí, rừng cây cũng được xem như một dạng “siêu vật liệu tự nhiên”. Khi được trồng với mật độ và khoảng cách phù hợp, chúng có thể làm suy giảm sóng địa chấn trên bề mặt Trái đất.
Dù chiếc áo choàng nhẹ tênh giúp con người biến mất hoàn toàn vẫn còn xa vời, song khoa học tàng hình đang tiến những bước dài. Năm 2024, Yun Lai và cộng sự đề xuất chiến lược mới sử dụng các “đường hầm âm thanh” để dẫn sóng âm quanh vật cản mà không gây trễ thời gian, mở ra khả năng tàng hình trên một dải tần rộng.
Hiện, phương pháp này mới chỉ áp dụng cho sóng âm, nhưng tham vọng của các nhà nghiên cứu là mở rộng nó sang sóng điện từ, bao gồm cả ánh sáng nhìn thấy được. Với họ, tàng hình không còn là giấc mơ viển vông, mà là một mục tiêu khoa học dài hạn.
