On olemas organisme (näiteks klaasiksääse vastne jt), keda vees nende läbipaistvuse tõttu pole näha. Miks paistavad nende silmad mustade punktidena?

Enn Pärtel, Füüsika VIII kalssile, Valguse peegeldumine ja murdumine, probleem nr 9.

Tegelikult ei ole klaasiksääse vastsed päris nähtamatud. Nende keha on tõesti üsna suures osas läbipaistev, st valgus peegeldub ja neeldub vähe ja ka murdumisnäitaja on neil elukeskkonnale lähedane. Heas valguses ja ühtlasel taustal on vastsete veidi pruunika tooniga keha siiski päris hästi jälgitav ja jääb ka pildile. Veekogudes, taimede vahel ja mudase põhja kohal, õnnestub neil päris hästi peitust mängida ja vähemalt osa neist jäävad märkamatuks kaladele, kes sääsevastseid hea meelega söövad. Silmad on mustad selleks, et valguse kantavat infot vastu võtta. Kui valgus silmast täielikult läbi läheks, ei jääks sellest ka mingit jälge, valgustundlikus rakus ei toimuks mingit keemilist muutust ja nägemisaistingut ei tekiks.

Läbipaistvaid asju on teinekord tõesti raske märgata ja eriti hästi saab neid peita sobiva murdumisnäitajaga keskkonda. Klaasi murdumisnäitaja erineb oluliselt õhu murdumisnäitajast, sestap on läbipaistvad klaasid õhus hästi nähtavad ...	... aga näiteks klaasist asi ei ole peaaegu üldse nähtav toiduõlis või soolvees. Tähelepanelik vaataja leiab õlisse peidetud klaasi siiski pildilt üles, sest murdumisnäitajad päris võrdsed ei ole ja klaasi põhja alla on õli valamisel pidama jäänud mõned õhumullid.

Lisaküsimus

Klaasiksääse vastse kehas on peale silmade veel kaks hästi nähtavat neerukujulist organit, mis võivad olenevalt valgusoludest paista tumedad või hõbedased. Neid väga pisikesi õhukotte kasutab vastne horisontaalse asendi hoidmiseks ja vees üles-alla liikumiseks. Mustad silmad on seletatavad, aga miks ei saa õhukotid olla läbipaistvad?

Kui keegi tõesti soovib olla nähtamatu, tuleb kõne alla mitu erinevat trikki.

Võib proovida olla läbipaistev, nagu klaasiksääse vastne. Kui olla piisavalt väike, on lootust, et sind keegi ei näe ja kui isegi näeb, ei pane tähele või ei tee välja. 

Keerukam on olla nähtamatu, kui oled suur ja ei paista läbi. Võib proovida maskeerumist, peegeldada samu värve ja mustreid, mis ümbrus ja taust. Hästi oskavad seda sõjaväelased, kes riietuvad lapilistesse vormidesse, mille põhitoonid sobivad maastikuga ja riputavad enda ja oma tehnika külge kohapealt korjatud oksi või heina. See ei ole küll päris nähtamatuks muutumine, pigem on tegu vaataja nägemismälu ärapetmisega. Nähtamatuse asemel võiks siis pigem öelda märkamatuks jäämine. Kahjuks tuleb seejuures asukohta vahetades alati arvestada ümbermaskeerimise vajadusega.

Muidugi, võib ka kasutada infotehnoloogia abi:

Richard Hammond sõitis Top Geari erisaates „50 aastat Bondi autosid”, Ford Transiti kaubikuga, mis oli „nähtamatuks” muudetud külgedele ja taha paigutatud ekraanidega, kuhu kuvati vastaskülje kaamerast võetud pilt. Saateformaadile omaselt sai palju nalja ja võis jääda mulje, et katse kukkus läbi. Tehnika vajaks muidugi arendamist, aga saatelõigus on üsna mitmes kohas näha, et auto tõepoolest maskeerub ehmatavalt hästi. Eriti hästi tuli nähtamatus välja tagantvaates.

Tanki külge kinnitatakse paneelid, mis saavad kiiresti oma temperatuuri muuta. Nii et tanki saab teha sellise temperatuuriga nagu on taust ning soojusele reageerivatele mistahes relvadele muutub asi enam-vähem nähtamatuks.

Rohkem pärisnähtamatuse moodi oleks, kui saaks oma keha või riietuse värve vastavalt olukorrale muuta. Kehavärvi muutjatest on tuntuimad mõned kala- ka kameeleoniliigid. Kameeleonid küll kasutavad vahest oma erilist oskust peitumiseks, aga samavõrra või rohkemgi suhtlevad nad värvivahetusega omavahel. Kunstliku kameeleoninaha väljatöötamisega tegeldakse. Praegu veel värvi muutvat maskeerimisriietust poest osata ei saa, aga arengud on lootustandvad. 

Põhimõtteliselt on ka võimalik seljatagant tulev valgus teelt kõrvele kallutada ja vaataja poole liikuvad kiired jälle kokku viia. K.Tarkpea ja H.Voolaiu elektromagnetismi õpik räägib sellest niimoodi:

Kuidas saada nähtamatuks?

Alustuseks on ehk paslik mainida, et ei ole hea mõte saada päriselt nähtamatuks, nagu mõnes raamatus või filmis seda kujutatud on. Miks? Lihtne – kui keegi on nähtamatu, siis on nähtamatud ka tema silmad, st tema silmaläätsed ei murra valgust ning tema võrkkest ei neela valgust. Järeldus on ilmne – nähtamat inimene on ühtlasi pime. See arvatavasti nullib kõik eelised, mis nähtamatuks olemine muidu anda võiks.

Vaadake joonist 4.35 ning proovige vastata küsimusele, mida näeb vaatleja, kui ta vaatab suunaga vasakult paremale punase valgusallika poole? Õige vastus on, et sedasama üksikut valgusallikat. Sest silm ei saa kuidagi aru, kas valguskiir on vahepeal mõne käänu sisse teinud, kui tema lõpp-suund teekonna lõpus on samasugune, kui alguses - kui suund on sama, siis koonduvad nad ikkagi punktiks, mis on valgusallika kujutiseks silma võrkkestal. Kui tõdeme, et igasugust objekti võib vaadelda kui punktvalgusallikate kogumit ja kui sfääriline objekt käitub niimoodi suvalisest suunast temale langevate valguskiirtega, siis ongi  küsimus „kuidas saada nähtamatuks“ põhimõtteliselt vastatud – suur sfääriline objekt silma ja valgusallika vahel on nähtamatu.

Aga panna valguskiirt sellist käänakut tegema? Jah, see on keeruline koht. Sest valguskiired ei muuda niisama heast peast oma suunda. Ning te võite kontrollida - optiliselt hõredamast keskkonnast (õhk) optiliselt tihedamasse keskkonda (sfäär) liikudes murduvad nad “teistpidi”.

Edasises arutluses peaksime eristama kahte olukorda. Ühel juhul asetseb vaatleja objektist nii kaugel, et nägemise stereoefekt ning võimalikud erinevated rakursid (liigutad pead ühele ja teisel poole) ei mängi erilist rolli. Teisel juhul on objekt vaatlejale lähedal.
Kaugel asetseva objekti “nähtamatuks” tegemiseks võime objekti ette paigutada seda varjava ekraani, millele kuvatakse pilt, mis on vaatlejat poolt vaadates objekti taga (J.4.36). Nii et objekti poole vaadates näeme seda, mis on objekti taga (ja mis tegelikult ongi ju nähtamatuse definitsioon). Aga vaatleja peab siis olema ühes kindlas punktis ning kui objekt liigub, siis peab muutuma ka ekraani asukoht ja pilt sellel … põhimõtteliselt on see nagu suure pildi taha varjumine.

Nähtamatuks tegeva sfäärilise kookoni valmistamiseks (J.4.35) peaksime kasutama eriliste omadustega materjale – metamaterjale - mis on parajasti “kuum teema” teadusajakirjanduses. Selgub nimelt, et metamaterjalide murdumisnäitaja on negatiivne ning joonisel J.4.35 kujutatud olukord on põhimõtteliselt võimalik.

Eksperimentaalselt demonstreeriti nähtamatuks tegeva mantli võimalikkust esmakordselt 2006.aastal Duke’i Ülikoolis. Kui vasakul pildil liigub keralaine vabalt, siis paremal pildil on tema teele asetatud silindriline takistus. Näeme, et pärast sellist takistust moodustuvad uuesti keralaine lainefrondid. Eksperiment on tehtud infravalgusega.	J.4.37 Sellised näevad välja metamaterjalid.

Miks on negatiivne murdumisnäitaja eriline näh­tus?

Aga eranditult kõigi “normaalsete” materjalide murdumisnäitaja on positiiv­ne. Ja metamaterjalid ei ole materjalid selle sõna tavalises mõistes, pigem on tegemist ülitiheda kärgstruktuuriga (J.4.37). Ja tõelise nähtama­tuks tegeva mantlini on tead­lastel veel väga pikk tee minna.