Osynlighetskappan - fungerar den?

Den senaste tiden har en rad nya artiklar publicerats om ”osynlighetskappor”, eller så kallade ”cloaking devices”. I media har man talat om Harry Potter-kappa och folk på nätet har i forum oroat sig över att pedofiler (samhällets fobi nummer ett två, efter terrorister) skall kunna smyga sig in på lekplatser och kidnappa barn. Så, vad handlar det om?

Osynlighetskappor springer ur arbetet med s.k. vänsterhänta material, sådana som har negativt brytningsindex. Forskning har pågått om dessa sedan nanoteknologins intåg gjorde det möjligt att arbeta med strukturer så små som krävs. Vänsterhänta material är en form av metamaterial som består av mycket specifikt designade strukturer av flera olika material. Forskningen om dessa har mest varit inriktat på drömmen om perfekta linser. Men i två artiklar i samma nummer av Science år 2006 presenterade Leonhardt ¹ och Pendry och medarbetare ² beräkningar som visade att man med hjälp av ett skal av metamaterial kan få ljus att böja sig runt ett objekt och fortsätta precis i samma riktning som det kom. Objektet blir helt osynligt.

Redan samma år lyckades gruppen bakom den andra artikeln att påvisa en fungerande osynlighetskappa ³. Den fungerar visserligen bara i två dimensioner (dvs i ett bestämt plan), och i mikrovågsområdet istället för i synligt ljus. Men likväl var det ett genombrott. Objektet, en kopparcylinder med 25 mm radie, blev, när den fick ett skal av metamaterial tillverkat av kopparresonatorer i en epoxyram, nästan helt osynligt för mikrovågor inom ett smalt frekvensområde. Som syns från bilden nedan, där mikrovågor kommer in från vänster, är osynlighetskappan inte perfekt, utan lämnar en skugga.Teorin för osynlighetskappor gäller inte bara ljus, utan även andra former av vågor, och i höstas visade en grupp forskare att man kan bygga en fungerande kappa för vågor på en vätskeyta inom ett stort frekvensområde ⁴. Nästan samtidigt kom rapporter i Science ⁵ och Nature ⁶ om de första fungerande metamaterialen i optiska våglängder för ljus. Den optiska osynlighetskappan är bara ett steg bort.

Men kommer en osynlighetskappa att fungera? Än så länge är begränsningarna ganska betydande: de fungerar bara för vissa speciella våglängdsområden, materialen är svåra att framställa i mer än mikroskopiska mängder m.m.. Men trots detta så kommer de med säkerhet att utvecklas till mer eller mindre fungerande osynlighetssköldar. (Jag använder ordet sköld, för det är rigida material det handlar om, inte textiler.) Sannolikt kommer de inte att ge total osynlighet (något som forskare vid KTH visat är väldigt svårt då det kräver ideala material helt utan defekter ^{7, 8}), men liksom dagens stealth-material, som ger en betydligt mindre radarprofil än vanliga flygplan, så kommer de nog att komma till användning som avancerade kamouflage. Det blir väl säkerligen så att det är inom militärindustrin de först kommer till användning. Däremot ligger personliga osynlighetssköldar à la Rovdjuret (snarare än Harry Potter) ännu långt in i framtiden. En sak att fundera på är hur de som befinner sig innanför en osynlighetssköld skall se vad som händer utanför…

Referenser
¹ U. Leonhardt, Optical Conformal Mapping. Science 312, 1777-80 (2006).
² J.B. Pendry, D. Schurig, och D.R. Smith, Controlling Electromagnetic Fields. Science 312, 1780-2 (2006).
³ D. Schurig, J.J. Mock, B.J. Justice, et al., Metamaterial Electromagnetic Cloak at Microwave Frequencies. Science 314, 977-80 (2006).
⁴ M. Farhat, S. Enoch, S. Guenneau, et al., Broadband Cylindrical Acoustic Cloak for Linear Surface Waves in a Fluid. Phys. Rev. Lett. 101, 134501 (2008).
⁵ J. Yao, Z. Liu, Y. Liu, et al., Optical Negative Refraction in Bulk Metamaterials of Nanowires. Science 321, 930 (2008).
⁶ J. Valentine, S. Zhang, T. Zentgraf, et al., Three-dimensional optical metamaterial with a negative refractive index. Nature 455, 376-80 (2008).
⁷ M. Yan, Z. Ruan, och M. Qiu, Cylindrical Invisibility Cloak with Simplified Material Parameters is Inherently Visible. Phys. Rev. Lett. 99, 233901 (2007).
⁸ Z. Ruan, M. Yan, C.W. Neff, et al., Ideal Cylindrical Cloak: Perfect but Sensitive to Tiny Perturbations. Phys. Rev. Lett. 99, 113903 (2007).

Andra bloggar om: fysik, vetenskap, optik, vänsterhänta material, osynlighet. Intressant?

Postdok från vetenskapsrådet

Vetenskapsrådet publicerade igår resultatet av höstens postdokutlysning. De redovisar gott om statistik, vilket jag tycker är trevligt. Det är ju lättare att se färdiga stapeldiagram än att själv föröka räkna ut samma sak. Beviljandegraden är högre än förra hösten, både för postdokstipendier och anställning som postdok i Sverige. Vilket verkar bero på att det varit färre sökande. Det är ju roligt att beviljandegraden är hög men det är lite oroande att det beror på att färre söker. Det är inte bra om en akademisk karriär framstår som mindre attraktiv. Men utan att jämföra med siffror på antalet disputerade de senaste åren så vet man ju inte om de färre sökande helt enkelt beror på färre disputerade eller på att en lägre andel av de disputerade har sökt postdok från Vetenskapsrådet. Nu kan man ju få postdok från andra finansieringskällor också och det kan ju vara så att om Vetenskapsrådet fått rykte att vara svårt att få från så lägger man kanske hellre sin tid på att skriva en ansökan till ett ställe man tror sig ha större chans att få positivt besked från. I så fall kanske antalet ansökningar till VR om postdokstipendium inom medicin ökar nästa år eftersom det verkade lätt att få det i år. 

En annan intressant iakttagelse är att det är så väldigt mycket större konkurrens om bidrag till anställning som postdok än om stipendierna. Då menar jag inte att det är konstigt att många hellre väljer en anställning instället för att riskera att åka ut ur trygghetssystemen genom att ha stipendium och bo utomlands mer än ett år. Det är inte alls konstigt särskilt med tanke på att många nyblivna doktorer har barn eller vill skaffa barn inom de närmsta åren. Det som faktiskt som är lite konstigt är att VR fortsätter att dela ut så många stipendier när majoriteten av de sökande uppenbart föredrar en tjänst. Den anmärkningsvärt höga beviljandegraden för stipendier inom medicin (70%) tycker jag borde väcka frågan om man verkligen ska dela ut så många stipendier. Internationalisering är visserligen väldigt viktig men det är också viktigt att stödja den bästa forskningen. Jag tycker nog inte att VRs syfte är att ge pengar till alla som vill åka utomlands. De måste ju ha bra forskningsprojekt och förmåga att genomföra dem också. Nu säger jag inte att de 23 som beviljats stipendium från M inte kommer att genomföra bra forskning. Det kan ju ha varit så att alla 33 som sökte hade otroligt bra ansökningar. Men jag har suttit i lärarförslagsnämnd och granskat ansökningar till tex forskarassistenter och lektorat inom biologi och geovetenskap och jag kan avslöja att det brukar ju inte vara 70% av de sökande som är så bra att man skulle vilja anställa dem.

Årets utdelning från vetenskapsrådet

Förra veckan publicerades vetenskapsrådets beslut om utdelning till medicinsk samt naturvetenskaplig och teknisk forskning. Jag var intresserad av att jämföra beviljandegraden för män respektive kvinnor med med förra årets utdelning (som Maria skrev om) men för naturvetenskap och teknik hittade jag inga uppgifter förrän idag. Medan det för medicin finns en tydlig tabell nederst på sidan med statistik (vilket det även fanns förra året), så får man för naturvetenskap och teknik själv räkna ut beviljandegranden för män och kvinnor från figurerna till höger. Denna räkneuppgift ger resultatet att det är betydligt mindre skillnad mellan könen i år än vid förra året inom naturvetenskap och teknik. För forskarassistenter var beviljandegraden 12% för män och 13% kvinnor. För projektbidragen var den 28% för män och 26% för kvinnor. Däremot ser det sämre ut för kvinnornas del inom medicin där beviljandegraden i år är 12% för män och 9% för kvinnor vad gäller forskarassistenter jämfört med 17% respektive 16% förra året. Precis som förra året är det betydligt färre kvinnor än män som söker bidrag inom naturvetenskap och teknik. Det var t ex 62 ansökningar från kvinnor till forskarassistent jämfört med 200 från män (det motsvarar 24% kvinnor bland de sökande). Inom medicin är det däremot en majoritet kvinnliga sökande till bidrag för anställning som forskarassistent. Man kan ju undra hur andelen kvinnliga professorer inom naturvetenskap ska kunna öka när det är så låg andel redan till ansökan till forskarassistenter. Nu kan man ju bli forskarassistent även genom att söka en utlyst tjänst vid ett universitet och hur statistiken för sökande ser ut bland alla landets lärosäten ser ut vet jag inte, men ansökningarna till vetenskapsrådet speglar nog i viss mån intresset för att satsa på en akademisk karriär. Jag tycker det är tragiskt att det verkar vara så svårt att öka andelen kvinnliga forskare inom naturvetenskap.

Tomtar på loftet

Via Harald och hans skor och UNT, hittar jag nyheten om examensarbetet som SLU betraktar som ett "olycksfall i arbetet". Så mycket olycksfall att man såg sig nödgad att göra det omöjligt att ladda ner det från bibliotekets hemsida. Men för den som vill läsa, och inte befinner sig fysiskt nära ett SLU-bibliotek har medvetenskap löst det problemet. I detta examensarbete finns allt du behöver veta om vikten av att ha projektledningsmöte med trädgårdstomtar och andra naturväsen som kommer att påverka ditt trädgårdsodlande.

Och SLU betecknar alltså detta som ett olycksfall i arbetet, där själva olycksfallet består i att man låtit något som uppenbart brister i vetenskaplig kvalitet passera som en akademisk uppsats. Och ärligt talat, nog för att man ibland suttit i möten som fått en att misstänka att vissa av deltagarna kanske hellre skulle vilja vara trädgårdstomtar än lärare på ett universitet, men någon slags måtta måste det ju ändå vara på dumheterna.

Jag kan inte låta bli att fundera över hur det har kunnat passera genom granskningsprocessen. Gissningvis var de första utkasten oändligt mycket värre än den version som till sist lades fram som examensarbetet. Och eftersom handledare och examinatorer trots allt är människor så kan jag lätt föreställa mig att det i slutänden blivit så att man gjort en bedömning av hur mycket bättre det har blivit relativt det första utkastet, snarare än en bedömning av slutproduktens vetenskapliga kvalitet. Sådant förekommer på svenska universitet, och sådant förekommer på amerikanska diton. Fast det är sällan så flagrant som i det här fallet.

Problemen med dylika fall är, minst, två. Det ena är att om man låter sådana arbeten passera kommer det på sikt att leda till en urholkning av den vetenskapliga kvaliten. Det andra är att det underminerar förtroendet för vetenskapen och forskarna hos allmänheten. Jag menar, jag vill inte heller att mina skattepengar ska finansiera löst tyckande om vikten av att ha morgonmöten med tomtar och andra naturväsen.

I grund och botten tror jag att det handlar om att man måste våga underkänna sådant som inte håller måttet. Att det blivit mycket bättre, eller att någon lagt ner väldigt mycket tid på det, är i sig inte anledning att godkänna någon form av vetenskaplig uppsats. Håller det inte måttet ska det inte godkännas. Även om det betyder att institutionen får mindre pengar eftersom färre studenter examineras. Om det alls ska det vara någon mening med forskning måste de akademiska institutionerna förbehålla sig ett visst mått av vetenskaplig integritet. Annars är det risk för en storskalig tomtomflyttning, från loft till universitetens forskningskorridorer.