Olisinpa näkymätön, toivoo vakoilija, viihdyttäjä ja potteristi. Meillä muilla on aikaa miettiä, miten käyttää näkymättömyysviittaa. Tutkijat uskovat sen tulevan kauppoihin mutta eivät vielä kerro ajankohtaa.


Meillä muilla on aikaa miettiä, miten käyttää näkymättömyysviittaa.
Tutkijat uskovat sen tulevan kauppoihin mutta eivät vielä kerro ajankohtaa.


Julkaistu Tiede-lehdessä 6/2007



Mitä tekisit, jos sinulla olisi varaa näkymättömyyshaalareihin? Kuuntelisit salaa, mitä työpaikan kahvipöydässä puhutaan sinusta? Vai haluaisitko tietää, mitä suurvaltojen edustajat puhuvat kokouksissaan suljettujen ovien takana?

Kysymys ei ole vitsi. Näkymättömyyshaalarit ovat tekeillä. "Kankaan" on suunnitellut englantilainen fyysikko John Pendry, ja tästä niin sanotusta metamateriaalista yhdysvaltalainen tutkija David Smith kollegoineen rakensi viime syksynä laitteen, jota monissa tiedotusvälineissä verrattiin Harry Potterin näkymättömyysviittaan. (Ks. uutisia Näkymättömyysviitasta tulee totta, Tiede 5/2006, s. 5, ja Näkymättömyysviitta valmistui, tiede.fi/uutiset, 27.10.2006.)

Vertaus ontuu vielä aavistuksen. Toistaiseksi viitta näet kätkee vain mikroaaltosilmiltä. Eikä se oikeastaan ole viittakaan, vaan pieni rengasmainen suoja, joka häivyttää litteitä esineitä mikroaaltoilmaisimen näköpiiristä. Mutta tutkijat työskentelevät jo ihka oikean, toisten ihmisten katseilta kätkevän näkymättömyysviitan kimpussa.

Koska he onnistuvat? Mitä kaikkea näkymättömyys edellyttää? Asiaa valaisee Turun yliopiston fysiikan professori Kalle-Antti Suominen.


Vain kaksi perusedellytystä

Mitä näemme, riippuu siitä, millaisella instrumentilla katsomme. Hyvin pienet kohteet eivät erotu ilman mikroskooppia. Mahdottoman suurta taas on vaikea hahmottaa, vaikka se näkyisikin. Havaitaksemme muita säteitä kuin näkyvää valoa tarvitsemme apuvälineitä.

Mutta nyt puhutaan siis sellaisen näkymättömäksi tekemisestä, mikä normaalisti näkyy meidän omilla silmillämme - silmälasien käyttö toki sallitaan.

Näemme esineet siksi, että ne joko heijastavat valoa tai säteilevät sitä itse. Muuttuuko kohde näkymättömäksi, jos siitä tuleva valo saadaan tukahdutettua? Vastaus on vain osittain myönteinen.

- Näkymätön kohde ei saa myöskään estää sen takana olevista esineistä tulevaa valoa, Suominen muistuttaa. - Puhdas ikkunalasi on kohtuullinen esimerkki näkymättömästä. Näkyvä valo yksinkertaisesti läpäisee lasin.

Vielä kerran: katsoja ei siis näe esinettä, jos siitä itsestään tuleva valo saadaan sammutettua ja jos esine lähettää takaansa tulevan valon sellaisenaan edelleen. Kuulostaako helpolta?


Takki tarvitsee kameran

Tokion yliopiston tietojenkäsittelyn ja fysiikan professori Susumu Tachi esitteli ensimmäisen näkymättömäksi tekevän vaatekappaleen 2003. Se oli "valkokankaasta" ommeltu takki.

Takin takaosaan on piilotettu videokamera, joka kuvaa henkilön taustaa. Tietokone käsittelee kuvaa ja välittää sen projektorille, joka heijastaa kuvan takin etumukseen. Näin katsoja näkee palttooseen pukeutuneen läpi. Ovelaa, eikö totta!

Takin salaisuus piilee niin sanotussa RPT-materiaalissa (Retro-Reflective Projection Technology), joka on päällystetty pienillä helmillä. Niistä valo heijastuu takaisin vain suuntaan, josta se kankaaseen osui. Siksi RPT:n kuva on peilimäisen kirkas ja näkyy päivänvalossakin. Tavallinen kiiltävä kangas hajottaa valon moneen suuntaan, ja kuva on himmeä, mikäli sitä ylipäätään näkyy.

Ei Tachin takki kuitenkaan vielä lunasta näkymättömyysvaatteen nimeä, sillä kameran lisäksi se tarvitsee telineeseen kiinnitetyn projektorin. Mutta japanilaistutkijat työskentelevät rajoitteiden minimoimiseksi.

Tavoitteena on joka suunnasta näkymätön vaate, jossa voi liikkua vapaasti ja paljastumatta. Tietokoneiden ja kameroiden nopeutuessa ja pienentyessä homma toteutunee aikoinaan - ehkä jo kymmenen lähivuoden aikana. Samalla tekniikalla voitaisiin myös helposti tehdä "ikkunoita" ja saada  ulkonäkymiä umpinaisiin tiloihin.


Säteily kiertää kuin vesi kiven

Näkymättömyys onnistuu ilman videokameraakin, jos kohteen takaa tuleva valo saadaan kulkemaan sen lävitse, kuten H.G. Wellsin Näkymättömässä miehessä. Toinen tapa on kierrättää valo muuttumattomana kohteen takaa sen eteen.

Esineiden muuttaminen läpinäkyviksi on hankalaa, mutta jälkimmäinen periaate on käyttökelpoinen. Duken yliopistossa työskentelevä David Smith kumppaneineen rakensi näkymättömyysviittansa sen avulla.

Smith piilotti esineen "viitan" keskellä olevaan reikään, ja mikroaaltosäteily ohjautui esineen ympäri samaan tapaan kuin vesi virtaa joessa olevan kiven ohi: kiertää sen, yhtyy taas virraksi kiven edessä ja jatkaa matkaansa kuin koko kiveä ei olisi ollutkaan.

Vaikka Smithin ja kumppaneiden viitta on toistaiseksi noin kymmensenttinen rengas, joka muuttaa näkymättömäksi vain litteän esineen, saavutus on melkoinen.

Rengas ohjaa säteilyä taittamalla sitä, ja temppua varten tarvitaan aivan erityistä ainetta, jonka taitekerrointa voidaan muokata. Näkymättömyys ei ole pelkästään optinen ongelma - vähintään yhtä paljon se on materiaalitieteen pähkinä.


Metamateriaalilla se onnistui

Neuvostoliittolainen fyysikko Victor Veselago esitti jo 1967, että joillakin aineilla voi olla negatiivinen taitekerroin. Ne siis taittavat säteilyä vastakkaiseen suuntaan kuin luonnollinen aine.

Veselagon idea vaipui kuitenkin unohduksiin aina 1990-luvulle asti. Silloin fyysikko John Pendry Lontoon Imperial Collegesta alkoi ihmetellä, miten valo käyttäytyy keinotekoisessa rakenteessa, metamateriaalissa. Pendry suunnitteli teoreettisesti tällaisen materiaalin ja tuli samalla osoittaneeksi, että negatiivinen taitekerroin todella on mahdollinen.

Vuonna 2000 Smith kumppaneineen seurasi Pendryn reseptiä ja valmisti maailman ensimmäisen metamateriaalierän.

Mutta mitä metamateriaalit oikein ovat? Kalle-Antti Suominen selittää, että tavallisen aineen atomeista muodostuu hilarakenne, joka määrää sen optiset ominaisuudet.

- Mutta hilan yksiköiden ei tarvitse olla atomeja. Keinotekoisissa metamateriaaleissa hila muodostuu pienistä virtapiireistä, jotka reagoivat ulkoiseen säteilyyn ja tuottavat oman säteilykenttänsä. Nämä kentät määrittävät metamateriaalin optiset ominaisuudet.

Viime vuoden keväällä Pendry sitten suunnitteli metamateriaalin, jonka taitekerroin muuttuu kohdasta toiseen.

Tämä mahdollisti mikroaaltoja kaitsevan näkymättömyysviitan, sillä säteilyn ohjaaminen esineen ympäri vaatii viitan eri kohdissa erilaista taitekerrointa.

Vain puolisen vuotta myöhemmin Smith seurasi suunnitelmaa ja valmisti toimivan viitan pienistä kuparirenkaista ja virtapiireistä. Toistaiseksi se kätkee vain mikroaalloilta.


Viitta pitää pienentää

Metamateriaalin hilayksiköiden pitää olla kooltaan paljon pienempiä kuin ohjailtavan säteilyn aallonpituus.

Mikroaaltojen pituus on kolmen sentin luokkaa, ja nykyinen viitta koostuu muutaman millimetrin osasista.

Näkyvän valon aallonpituus ulottuu violetin valon noin 400 nanometristä (metrin miljardisosasta) punaisen valon 700 nanometriin. Sitä ohjaavan metamateriaalin osaset saavat olla kokoluokaltaan enintään muutamia kymmeniä nanometrejä.

Saisiko mikroaaltoviitasta pienentämällä oikean, meidän silmiltämme kätkevän näkymättömyysviitan?

Metamateriaalin rakenneosien pienentäminen ei tuota ongelmaa. - Nykyteknologialla pystytään kyllä tähän, Suominen toteaa.

John Pendry vakuuttaa New Scientist -lehdessä, ettei mikroaalloista ole suurikaan harppaus näkyvään valoon, mutta osa tutkijoista ounastelee optisen valon kaitsemista kinkkiseksi tehtäväksi: nanometrin rakenne vaikuttaakin ehkä valoon eri tavoin kuin muutaman millin rakenne mikroaaltoihin. Tämä johtuu siitä, että metallien sähkömagneettiset ominaisuudet muuttuvat koon pienetessä.

Manchesterin yliopiston tutkija Alexander Grigorenko väitti 2005 valmistaneensa optisen valon alueella toimivaa metamateriaalia. Hän ei kuitenkaan pystynyt osoittamaan, että aineella todella oli negatiivinen taitekerroin, joten kunnia jäi kyseenalaiseksi.

Tämän vuoden alussa saksalainen Martin Wegener kumppaneineen valmisti optista metamateriaalia todistettavasti. Näkymättömyysviitan raaka-aineeksi siitä ei vielä ole, sillä se toimii vain, jos valo osuu siihen tietyssä kulmassa. Lisäksi yli puolet valosta pääsee sen läpi.


Sopii sotaan ja viihteeseen

Metamateriaalien kehittely jatkuu, niitä tutkitaan ainakin parissakymmenessä laboratoriossa eri puolilla maailmaa. Kyse ei ole pelkästään näkymättömyysviitoista.

- Sotilastutkimus rahoittaa etenkin Yhdysvalloissa hyvin monenlaisia, jopa perustutkimukseksi luettavia hankkeita. Periaate on usein, että mitään mahdollisuutta ei ole varaa jättää tutkimatta: jos esiin vaikka ponnahtaisi jotain käyttökelpoista. Metamateriaaleja käytetään myös nano-optiikassa, ja niistä saisi tehokkaita linssejä, Suominen kertoo.

Tutkimuksen tiimellyksessä voi syntyä myös kangasta näkymättömyyshaalareihin. Ne tuskin ilmestyvät kauppoihin aivan lähiaikoina, vaikka optimistinen Pendry uumoilee alkeellisen optisen näkymättömyyssuojan kehittelyyn kuluvan vain viitisen vuotta.

Meillä on siis aikaa miettiä, miten hyödyntää näkymättömyyttä. Viihdeteollisuus ottaa siitä ilman muuta kaiken irti, mutta näkymättömyys sopii moneen yllättäväänkin toimintaan. Näkymätön lattia voisi tehdä lentokoneen laskeutumisesta entistä turvallisempaa, ja auton peruuttaminen kävisi näppärästi, jos sen takaseinä olisi näkymätön. Näkymättömiä hanskoja käyttävän kirurgin kädet eivät peittäisi operoitavaa kohtaa.

Kysyn Kalle-Antti Suomiselta, mitä hän tekisi, jos voisi muuttua näkymättömäksi. - Kävisin kuuntelemassa Nobel-komitean istuntoja, ettei tietoa päätöksiin johtaneista keskusteluista tarvitsisi odottaa viittäkymmentä vuotta, hän vastaa.


Leena Tähtinen on tähtitieteen dosentti, vapaa tiedetoimittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja.

Kätevä sana on valunut moneen käyttöön.

Makea vesi kuuluu elämän perusedellytyksiin. Siksi tuntuu itsestään selvältä, että vesi-sana kuuluu suomen kielen vanhimpiin sanastokerroksiin.

Se ei kuitenkaan ole alun perin oma sana, vaan hyvin vanha laina indoeurooppalaisista kielistä, samaa juurta kuin saksan Wasser ja englannin water.

Suomensukuisissa kielissä on toinenkin vettä merkitsevä sana, jota edustaa esimerkiksi saamen čáhci, mutta sen vastine ei syystä tai toisesta ole säilynyt suomessa. Ehkäpä indoeurooppalainen tuontivesi on tuntunut muodikkaammalta ja käyttökelpoisemmalta.

Tarkemmin ajatellen vesi-sana on monimerkityksinen. Luonnon tavallisimman nesteen lisäksi se voi tarkoittaa muunkinlaisia nesteitä, kuten yhdyssanoissa hajuvesi, hiusvesi tai menovesi.

Vesiä voi erotella käsittelyn tai käyttötarkoituksen mukaan, vaikka Suomen oloissa juomavesi, kasteluvesi ja sammutusvesi ovatkin usein samaa tavaraa. Sade- ja sulamisvesistä tulee varsinkin asutuskeskuksissa viemäröitävää hulevettä. Murteissa hulevesi tarkoittaa tulvaa tai muuta väljää vettä, esimerkiksi sellaista, jota nousee sopivilla säillä jään päälle.

Luonnon osana vesi voi viitata erilaisiin vedenkokoumiin, etenkin järviin. Suomen peruskartasta löytyy satoja vesi-loppuisia paikannimiä, joista useimmat ovat vesistönnimiä, kuten Haukivesi, Hiidenvesi tai Puulavesi.

Useat vesien rannalla olevat asutuskeskukset ovat saaneet nimensä vesistön mukaan. Vesi-sana ei enää suoranaisesti viittaa veteen, kun puhutaan vaikkapa Petäjäveden kirkosta tai Ruoveden pappilasta.

Vesi-sanasta on aikojen kuluessa muodostettu valtava määrä johdoksia ja yhdyssanoja. Näistä suuri osa on vanhoja kansanomaisia murresanoja, kuten vetelä, vetinen, vetistää ja vettyä.

Vesikosta on muistona enää nimi, sillä tämä vesien äärellä ja vedessä viihtyvä näätäeläin on hävinnyt Suomesta 1900-luvun kuluessa. Myyttisiä veden asukkaita ovat olleet vetehinen ja vesu eli vesikyy, jotka mainitaan myös Kalevalassa.

Antiikista 1700-luvun loppupuolelle asti uskottiin veden olevan yksi maailman alkuaineista. Sitten selvisi, että se onkin vedyn ja hapen yhdiste. Oppitekoinen uudissana vety tuli suomen kielessä tarpeelliseksi kuitenkin vasta 1800-luvun puolimaissa, kun luonnontieteistä alettiin puhua ja kirjoittaa suomeksi.

Kaisa Häkkinen on suomen kielen emeritaprofessori Turun yliopistossa.

Julkaistu Tiede-lehden numerossa 11/2018

Alzheimerin tautiin tarkoitettu lääke auttoi unien hallintaa.

Jos haluat hallita uniasi, se voi onnistua muistisairauden hoitoon tarkoitetulla lääkkeellä. Lääke virittää ihmisen näkemään niin sanottuja selkounia, kertoo Helsingin Sanomat jutussaan.

Selkounessa ihminen tiedostaa näkevänsä unta ja pystyy jopa vaikuttamaan siihen.

Joka toinen ihminen on mielestään nähnyt selkounen ainakin kerran elämässään. Joka neljäs näkee niitä kuukausittain, arvioi parin vuoden takainen tutkimuskatsaus.

Alzheimerlääke auttoi tuoreessa yhdysvaltalaisessa tutkimuksessa koehenkilöitä selkouniin. Koehenkilöistä nuori nainen onnistui unessa rullaluistelemaan tavaratalossa, kun oli ensin suunnitellut sitä valveilla.

”Luistelimme ystäväni kanssa pitkin käytäviä. Oli niin hauskaa, että upposin täysillä uneen mukaan”, 25-vuotias nainen kuvailee.

Unet olivat koehenkilöiden mukaan lääkkeen vaikutuksesta todentuntuisempia kuin ilman lääkettä. Yhdysvaltalainen tutkimus julkaistiin Plos One -lehdessä.

Kokeessa tutkijat harjoittivat yli 120 eri ikäistä koehenkilöä näkemään selkounia. Ryhmään oli valkoitunut ihmisiä, jotka muistavat unensa hyvin ja ovat kiinnostuneita selkounista.

He opettelivat tekniikoita, joiden pitäisi helpottaa selkouneen pääsyä. Pitkin päivää ja ennen nukkumaan menoa voi esimerkiksi toistella itselleen, että kun näen unta, muistan näkeväni unta.

Unia voi visualisoida eli harjoitella mielessään etukäteen. Selkouneen päästyään voi tehdä todellisuustestejä, kuten onnistuuko seinän läpi käveleminen tai leijuminen.

Lääkekokeessa, jota johti selkounien uranuurtaja Stephen LaBerge, koehenkilöt saivat galantamiinia. Sitä käytetään lievän tai kohtalaisen vaikean Alzheimerin taudin hoitoon.

Lääke terästää asetyylikoliinin määrää aivoissa. Asetyylikoliini huolehtii viestien välityksestä aivosolujen välillä, virkistää muistia ja kiihdyttää rem-unta. Juuri remvaiheessa ihminen näkee yleisimmin unia.

Suurimman annoksen galantamiinia saaneista 42 prosenttia pystyi kuvauksensa mukaan selkouniin. Osuus oli huomattavasti suurempi osa kuin muissa koeryhmissä.

Koehenkilöiden unta ei mitattu unilaboratorioiden laitteilla, joilla tallennetaan silmien liikkeitä ja elintoimintoja. Tulokset perustuivat koehenkilöiden kertomaan.

LaBerge seurasi kuitenkin toisessa tuoreessa tutkimuksessaan silmien liikkeitä unennäön aikana. Silmien liikkeet kiihtyvät rem-unen aikana.

Kun koehenkilöt siirtyivät selkouneen, he liikuttivat silmiään ennalta sovitusti vasemmalta oikealle. Sitten heidän piti seurata unensa kohteita, joita he olivat ennalta visualisoineet.

Silmät liikkuivat sulavasti, samoin kuin ihmisen seuratessa katseella todellista kohdetta. Kuviteltua kohdetta seuratessa silmät liikkuvat nykäyksittäin.

Tutkimus julkaistiin Nature Communications -lehdessä.

Kysely

Oletko nähnyt selkounta?

mdmx
Seuraa 
Viestejä5249
Liittynyt23.11.2009

Viikon gallup: Oletko nähnyt selkounta?

Lucid unet näen ehkä vähän samantyyppisenä kuin hypnoosin, niiden avulla voinee käsitellä asioita jotka eivät tule suoraan tietoisuuteen ja vaikuttaa siihen miten tietyt piirteet itsessään kokee. Mulla ne kuulu tiettyyn elämänvaiheeseen, olisinko ollut joku 25vuotias tjsp. Painajaisia oli, aika rajujakin jotka toistui samanlaisena lukuisia kertoja, pomppasin unissani sängyssä istumaan ja huusin ja uni vaan jatku ja jatku, näin päällekkäin unta ja todellisuutta. Kesti pitkään ennenkö uni lakkasi...
Lue kommentti