Bạn dí mắt vào cửa lò vi sóng xem miếng bánh quay tròn. Ánh sáng trong lò xuyên tấm lưới ra tới mắt bạn không chút vướng víu, còn 1 000 W vi sóng ngay sau tấm lưới ấy thì không thoát nổi một phần triệu. Cùng những cái lỗ đó, cùng một tấm kim loại:
Cái lỗ không phải cánh cửa, nó là một ăng-ten tồi
Trực giác “sóng chui lọt nếu lỗ đủ to” hỏng ngay từ chữ đầu. Sóng không đi qua lỗ: nó kích thích dòng điện chạy trên mặt kim loại, dòng ấy gặp lỗ phải vòng tránh, và chỗ vòng tránh bức xạ lại ra phía sau như một lưỡng cực từ tí hon. Hans Bethe tính ra hiệu suất của cái ăng-ten bất đắc dĩ này năm 1944:
T = 64·(k·a)⁴ / (27·π²) với k = 2π/λ, a = bán kính lỗThay số cho cửa lò: ở 2,45 GHz bước sóng là 12,2 cm, lỗ 2 mm cho k·a =
0,051 — luỹ thừa bốn nghiền con số ấy thành T = 1,7·10⁻⁶, tức −57,8
dB. Số mũ 4 mới là phần đáng nhớ: bóp lỗ còn một nửa mà bóp cả bước lưới
theo — mắt bạn vẫn thấy chừng ấy ánh sáng — thì công suất rò cả cánh cửa
chia thêm 16 lần.
Cùng tấm lưới ấy, ánh sáng đi như chỗ không người
Ánh sáng vàng-lục có λ = 0,5 µm. So với nó, lỗ 2 mm rộng 4 000 bước sóng — hết chuyện nhiễu xạ, chỉ còn quang hình: tia cứ thế đi thẳng. Cản trở duy nhất là phần kim loại còn lại: lỗ 2 mm trên bước lưới 3 mm chừa 35% diện tích trống, nên bạn nhìn miếng bánh qua một tấm kính mờ ba lần, thế thôi. Muốn dìm ánh sáng xuống đúng −57,8 dB như dìm vi sóng, lỗ phải nhỏ cỡ 8 nanômét — vài chục nguyên tử bắc ngang. Cùng số mũ bốn ấy quyết định màu bầu trời, chỉ đổi chiều: trên đầu bạn nó nhuộm xanh khí quyển, ở đây nó che chở bạn.
Dày thêm nửa milimét là mỗi lỗ thành một đường hầm
Kéo thanh trượt bề dày, đường xanh tụt hẳn dưới đường cam. Lỗ tròn xuyên một tấm kim loại dày chính là đoạn ống dẫn sóng ngắn, mà ống dẫn sóng dưới tần số cắt thì tắt theo hàm mũ — với lỗ tròn, mức tắt gọn đến bất ngờ: 32 dB cho mỗi đơn vị tỉ số bề dày trên đường kính. Tấm thép cửa lò dày 0,6 mm với lỗ 2 mm được tặng thêm −9,6 dB, đẩy tổng xuống −67,4 dB. Đó là lý do lưới chắn được đục trên tấm tôn chứ không đan bằng dây: dây đan cho bạn bề dày gần bằng không, cùng hàng nghìn mối tiếp xúc sẽ rỉ.
Ở 5 GHz, đúng tấm lưới đó rò gấp 17 lần
T tỉ lệ với (d/λ)⁴ nên đổi tần số nghiệt ngã y như đổi kích thước: WiFi 5 GHz qua cùng lỗ 2 mm được T = −45,4 dB, gấp 17,3 lần mức của 2,45 GHz; 4G 1,8 GHz chỉ −63,1 dB. Ước lượng thô cho lò 1 000 W: cửa hứng chừng một phần sáu công suất khoang, 35% diện tích cửa là lỗ, mỗi lỗ lọt −67,4 dB — rò ra cỡ 0,01 mW. Dồn hết chỗ đó vào đúng một xăng-ti-mét vuông vẫn thấp hơn gần 500 lần ngưỡng an toàn 5 mW/cm² đo ở 5 cm mà FDA áp cho lò vi sóng. Nhưng 0,01 mW là −20 dBm, còn card WiFi phải nghe được tới −70 dBm: mức rò vô hại với da thịt vẫn to hơn trăm nghìn lần tín hiệu máy thu đang tìm — và 2,45 GHz nằm đúng giữa băng WiFi 2,4 GHz. Vì thế mạng nhà bạn khựng lại đúng ba phút hâm cơm.
Trường hợp biên: khi cái lỗ dài ra thành khe
Kéo đường kính lên trong demo thì công thức sụp đổ ngược chiều: tới 7,2 cm = 0,586 λ, lỗ vượt tần số cắt và cho qua gần như toàn bộ. Nhưng lồng Faraday ngoài đời không chết vì ai khoét lỗ 7 cm — nó chết vì một đường ghép mí. Khe hở chỉ cần dài 6,1 cm = λ/2 là thành ăng-ten khe đúng cộng hưởng, dù hẹp bằng sợi tóc: chiều dài quyết định chứ không phải diện tích. Thợ đo EMC vì thế soi mối hàn, gioăng cửa và lỗ luồn cáp, chẳng ai đi soi mắt lưới. Và có một thứ tấm lưới bó tay hoàn toàn: từ trường tĩnh. Đặt la bàn vào giữa cái lồng Faraday kín nhất, kim vẫn thản nhiên quay về hướng bắc.