Unsichtbarkeit

Unsichtbarkeit ist der Zustand eines Objekts, das nicht gesehen werden kann . Ein Objekt in diesem Zustand wird als unsichtbar (wörtlich „nicht sichtbar“) bezeichnet. Das Phänomen wird in der Physik und der Wahrnehmungspsychologie untersucht .

Da Objekte durch Licht sichtbar werden, das von einer Lichtquelle von ihren Oberflächen reflektiert wird und auf die Augen des Betrachters trifft , ist die natürlichste Form der Unsichtbarkeit (ob real oder fiktiv) ein Objekt, das weder Licht reflektiert noch absorbiert (es lässt also Licht durch). Dies wird als Transparenz bezeichnet und ist bei vielen natürlich vorkommenden Materialien zu beobachten (obwohl kein natürlich vorkommendes Material zu 100 % transparent ist).

Die Wahrnehmung von Unsichtbarkeit hängt von verschiedenen optischen und visuellen Faktoren ab. ^{[ 1 ]} Beispielsweise hängt Unsichtbarkeit von den Augen des Betrachters und/oder den verwendeten Instrumenten ab. So kann ein Objekt für eine Person, ein Tier, ein Instrument usw. als „unsichtbar“ eingestuft werden. Untersuchungen zur Sinneswahrnehmung haben gezeigt, dass Unsichtbarkeit zyklisch wahrgenommen wird. ^{[ 2 ]}

Unsichtbarkeit wird oft als die höchste Form der Tarnung angesehen , da sie dem Betrachter keinerlei Vitalzeichen , visuelle Effekte oder für das menschliche Auge wahrnehmbare Frequenzen des elektromagnetischen Spektrums offenbart, sondern stattdessen Radio- , Infrarot- oder Ultraviolettwellenlängen nutzt .

In der Illusionsoptik ist Unsichtbarkeit ein Sonderfall von Illusionseffekten: die Illusion des freien Raums.

Der Begriff wird häufig in Fantasy- und Science-Fiction-Werken verwendet , wo Objekte mithilfe von Magie oder hypothetischer Technologie nicht sichtbar gemacht werden können .

Technologie kann theoretisch oder praktisch dazu genutzt werden, Objekte der realen Welt unsichtbar zu machen.

Durch die Nutzung eines Echtzeitbildes auf einem tragbaren Display lässt sich ein Durchsichteffekt erzeugen. Dies wird als aktive Tarnung bezeichnet . Obwohl Tarnkappentechnologie als für Radar unsichtbar gilt , können alle offiziell offengelegten Anwendungen dieser Technologie lediglich die Größe und/oder Klarheit des vom Radar erfassten Signals reduzieren .

Im Jahr 2003 stellte der chilenische Wissenschaftler Gunther Uhlmann die ersten mathematischen Gleichungen zur Herstellung unsichtbarer Materialien auf. ^{[ 3 ]} Im Jahr 2006 verkündete ein Forscherteam aus Großbritannien und den USA die Entwicklung eines echten Unsichtbarkeitsmantels – eines künstlich hergestellten Metamaterials , das für das Mikrowellenspektrum unsichtbar ist, sich aber noch in der Entwicklungsphase befindet. ^{[ 4 ]}

Beim Filmemachen können Personen, Objekte oder Hintergründe durch ein Verfahren namens Chroma Keying vor der Kamera unsichtbar gemacht werden .

Ingenieure und Wissenschaftler haben vielfältige Forschungen durchgeführt, um die Möglichkeit der Erzeugung echter optischer Unsichtbarkeit (Tarnkappen) für Objekte zu untersuchen. Die Methoden basieren typischerweise auf der Anwendung theoretischer Techniken der Transformationsoptik , aus denen verschiedene Tarntheorien hervorgegangen sind .

Derzeit existiert noch kein praktischer Tarnmechanismus. ^{[ 5 ] [ 6 ]} Eine theoretische Arbeit aus dem Jahr 2006 prognostiziert, dass die Unvollkommenheiten gering sind und Metamaterialien realisierbare Tarnmechanismen ermöglichen könnten. ^{[ 7 ] [ 8 ]} Es wird erwartet, dass die Technik innerhalb von fünf Jahren auf Radiowellen angewendet werden kann, und die Verzerrung von sichtbarem Licht ist eine mögliche Option. Die Theorie, dass Lichtwellen auf die gleiche Weise wie Radiowellen manipuliert werden können, ist unter Wissenschaftlern mittlerweile weit verbreitet. Man kann sich das Objekt wie einen Stein in einem Fluss vorstellen, um den das Wasser fließt, der aber flussabwärts keine Spuren mehr hinterlässt. Vergleicht man Lichtwellen mit dem Wasser und das zu tarnende Objekt mit dem Stein, so besteht das Ziel darin, dass die Lichtwellen das Objekt umströmen und keine sichtbaren Merkmale, möglicherweise nicht einmal einen Schatten, hinterlassen. ^{[ 9 ]} Diese Technik wurde in der Fernsehverfilmung von „Der Unsichtbare“ aus dem Jahr 2000 dargestellt .

Zwei Wissenschaftlerteams arbeiteten unabhängig voneinander an der Entwicklung zweier „Unsichtbarkeitsumhänge“ aus nanometertechnisch hergestellten Metamaterialien . Sie demonstrierten erstmals die Möglichkeit, dreidimensionale Objekte mit künstlich hergestellten Materialien zu tarnen, die Radar-, Licht- oder andere Wellen um das Objekt herumlenken. Während ein Team eine Art Fischernetz aus Metallschichten verwendet, um die Lichtrichtung umzukehren, nutzt das andere winzige Silberdrähte. Xiang Zhang von der University of California , Berkeley, erklärte: „Bei Unsichtbarkeitsumhängen oder -schilden müsste das Material die Lichtwellen vollständig um das Objekt herumführen, wie ein Fluss um einen Felsen. Ein Beobachter, der das getarnte Objekt betrachtet, würde dann Licht von hinten sehen, wodurch es scheinbar verschwindet.“

Das Team um Jason Valentine von der UC Berkeley entwickelte ein Material, das Licht im Bereich des sichtbaren Spektrums beeinflusst – einem Bereich, der in der Glasfasertechnik genutzt wird: „Anstatt dass der Fisch etwas vor seiner tatsächlichen Position im Wasser erscheint, würde er sich tatsächlich über der Wasseroberfläche befinden. Damit ein Metamaterial negative Brechung erzeugt, muss seine Struktur kleiner sein als die Wellenlänge der verwendeten elektromagnetischen Strahlung.“ Valentines Team stellte sein „Fischernetz“-Material her, indem es Silber- und Metalldielektrikumschichten übereinander stapelte und anschließend Löcher hineinstanzte. Das andere Team verwendete eine Oxidvorlage und züchtete Silbernanodrähte in porösem Aluminiumoxid in winzigen Abständen, kleiner als die Wellenlänge des sichtbaren Lichts. Dieses Material bricht sichtbares Licht.

Das Forschungsteam des Imperial College London erzielte Ergebnisse mit Mikrowellen . Im Mai 2008 entwickelte der Physiker Professor Sir John Pendry den Entwurf eines Unsichtbarkeitsmantels aus einem Kupferzylinder . Wissenschaftler, die mit ihm an der Duke University in den USA zusammenarbeiteten, setzten die Idee in die Praxis um. ^{[ 10 ] [ 11 ]}

Pendry, der den Unsichtbarkeitsumhang „eher scherzhaft“ zur Veranschaulichung des Potenzials von Metamaterialien entwickelt hatte, sagte in einem Interview im August 2011, dass große, theatralische Umsetzungen seiner Idee wahrscheinlich übertrieben seien: „Ich denke, es ist ziemlich sicher, dass ein Umhang, den Harry Potter wiedererkennen würde, nicht realisierbar ist. Man könnte sich zwar eine Theorie ausdenken, aber die praktische Umsetzung wäre schlichtweg unmöglich. Kann man Dinge vor Licht verbergen? Ja. Kann man Dinge verbergen, die nur wenige Zentimeter groß sind? Ja. Ist der Umhang wirklich flexibel und flatterig? Nein. Wird er es jemals sein? Nein. Man kann also eine ganze Menge machen, aber es gibt Grenzen. Einige Kinder werden enttäuscht sein, aber es gibt vielleicht auch einige Leute in der Industrie, die sehr dankbar dafür sind.“ ^{[ 12 ]}

Im Jahr 2009 erklärten Forscher des Bilkent University Search Center Of Nanotechnology in der Türkei und veröffentlichten ihre Ergebnisse im New Journal of Physics. Sie berichteten , dass es ihnen gelungen sei, Unsichtbarkeit in der Praxis zu realisieren, indem sie Nanotechnologie einsetzten, um ein Objekt unsichtbar zu machen – ohne Schatten usw. – und so eine nahezu perfekte Transparenz zu erreichen. Dies gelang ihnen durch die Herstellung eines nanotechnologischen Materials, das sich wie ein Anzug herstellen lässt, den jeder tragen kann.

Hyperstealth Biotechnology patentierte 2019 die Technologie eines Materials, das Licht so bricht, dass Personen und Objekte für das bloße Auge nahezu unsichtbar werden. Das Material mit dem Namen Quantum Stealth befindet sich derzeit noch im Prototypenstadium, wurde aber von Firmenchef Guy Cramer primär für militärische Zwecke entwickelt, um Agenten und Ausrüstung wie Panzer und Kampfflugzeuge im Einsatz zu tarnen. Anders als herkömmliche Tarnmaterialien, die auf bestimmte Umgebungen wie Wälder oder Wüsten beschränkt sind, funktioniert dieser „Unsichtbarkeitsmantel“ laut Cramer in jeder Umgebung, zu jeder Jahreszeit und zu jeder Tageszeit. Dies gilt trotz der Tatsache, dass seine Anwendung künstliche Hintergründe aus horizontalen Linien erfordert. ^{[ 13 ]}

Eine Person kann als unsichtbar bezeichnet werden, wenn andere sie nicht wahrnehmen oder sie regelmäßig übersehen. Der Begriff wurde in diesem Sinne im Titel des Buches „ Der Unsichtbare“ von Ralph Ellison verwendet , in Anspielung auf den Protagonisten, der wahrscheinlich nach dem Vorbild des Autors gestaltet wurde und aufgrund seiner Hautfarbe (Afroamerikaner ) übersehen wird . Dies wird durch das Zitat aus dem Prolog untermauert: „Ich bin unsichtbar, verstehen Sie, einfach weil die Leute mich nicht sehen wollen.“ (Prolog 1) ^{[ 14 ]}

In fiction, people or objects can be rendered completely invisible by several means:

• Magical objects such as rings, cloaks and amulets can be worn to grant the wearer permanent invisibility (or temporary invisibility until the object is taken off).^[15][16]
• Magical potions can be consumed to grant temporary or permanent invisibility.
• Magic spells can be cast on people or objects, usually giving temporary invisibility.
• Some mythical creatures can make themselves invisible at will, such as in some tales in which leprechauns or Chinese dragons can shrink so much that humans cannot see them.
• In science fiction, the idea of a "cloaking device".'

In some works, the power of magic creates an effective means of invisibility by distracting anyone who might notice the character. But since the character is not truly invisible, the effect could be betrayed by mirrors or other reflective surfaces.

Where magical invisibility is concerned, the issue may arise of whether the clothing worn by and any items carried by the invisible being are also rendered invisible. In general they are also regarded as being invisible, but in some instances clothing remains visible and must be removed for the full invisibility effect.

• Ambiguity
• Covert operation
• Social invisibility
• Visibility

• Das digitale Chamäleon-Prinzip: Unsichtbarkeit durch Transparenz berechnen
• Sonderausgabe von Physics World zum Thema Unsichtbarkeitswissenschaft – Juli 2011
• Light Fantastic: Flirten mit der Unsichtbarkeit – Die New York Times
• Unsichtbarkeit in der realen Welt: Interessantes Bild: Die untere Hälfte eines Reagenzglases ist in Speiseöl unsichtbar.
• Kurzer Artikel darüber, warum sichtbares Licht sichtbar ist – Straight Dope
• CNN.com – Wissenschaft enthüllt Geheimnisse der Unsichtbarkeit – 9. August 2006
• - Nahezu perfekte Unsichtbarkeit durch nanotechnologisches Material in der Türkei erreicht - Juli 2009