Интеллектуальные развлечения. Интересные иллюзии, логические игры и загадки.

Как стать невидимым

Людей всегда впечатляла возможность быть невидимыми. От Человека-невидимки Герберта Уэллса до невидимой мантии Гарри Поттера, фантасты размышляли о том, что можно было бы сделать, будучи невидимыми.

Невидимость часто изображается как абсолютная прозрачность – а-ля Человек-Невидимка – однако это противоречит  законам природы в нашем понимании. Кроме того, перед прозрачным человеком вставали бы сложности, кажущиеся непреодолимыми. Любая проглоченная пища или выпитый напиток были бы полностью видимыми, так как просвечивали бы через желудочно-кишечный тракт, и эта видимая пища на глазах стала бы объединяться с телом. Кроме этого, несомненно, существовали бы проблемы с одеждой и социальные проблемы.

Конкурирующий подход к невидимости состоит в использовании некоего покрывала, которое перенаправляет фотоны вокруг объекта. Этот метод в практическом смысле является более выполнимым, но, конечно, в нем тоже есть свои сложности. Например, если весь внешний свет каким-то образом не достигает предмета, то он не может проникнуть к наблюдателю внутри, который из-за этого сам не сможет ничего увидеть.

Из-за этих и других сложностей ученые давно оставили все серьезные намерения достичь невидимости и отложили их на далекое будущее. Но теперь все изменилось. В октябре 2006 года профессор сэр Джон Пэндри из Лондонского Королевского Колледжа объявил об удачном создании элементарного покрывала-невидимки, которое приближает эту идею немного ближе к реальности. Возможно, наиболее удивительно здесь то, что вся концепция основывается на предельно простом физическом качестве света, который не требует электричества, и который каждый старшеклассник учит на уроках физики.

По существу, плащ-невидимка сэра Джона работает на принципе рефракции, том самом свойстве света, когда луч, проходя через призму, преобразуется в радугу. Рефракцию также можно увидеть, погружая карандаш в стакан с водой. Подводная часть будет казаться направленной в сторону из-за преломления света, в то время как он перемещается из одной среды в другую – из воды в воздух.

Несколько лет назад сэр Джон и группа его друзей-физиков  были озадачены идеей использования рефракции, чтобы преломить весь поток света вокруг объекта. Если бы это стало возможным, то свет бы оказывался на другой стороне объекта неизменным, как будто объекта там не было вовсе.

Конечно, эта простая идея совсем не проста в исполнении. Первым препятствием для исследователей была точность светопреломления, которая необходима для этого метода. Просто не было никаких материалов, которые бы могли вызвать преломление лучей по необходимой траектории полукруга, и не было никаких материалов природного происхождения, которые годились бы для этого. Поэтому ученые обратили внимание на метаматериалы – субстанции, чьи электромагнитные свойства зависят не от химического состава, а от точно сконструированной внешней структуры.

Следуя теоретическому дизайну, опубликованному ранее, и работая вместе с исследователями Дьюкского Университета, сэр Джон и его команда изобрели пятидюймовое круглое покрывало. Для его создания использовался спроектированный особым образом для этой цели метаматериал, скомпанованный из концентрических окружностей, расположенных в двух измерениях. Уникальная конфигурация считается одной из самых сложных метамерных структур из когда-либо созданных. Первая цель ученых была направлена на создание материала, который был бы «невидимым» для микроволновой радиации, так как микроволны длиннее видимого света и измеряются в миллиметрах, а не в нанометрах, следовательно, ими проще управлять.

В лаборатории ученые расположили свое покрывало внутри тестовой камеры, включили микроволновой излучатель и со стороны наблюдали за детектором. Их новый метаматериал работал безупречно. Содержимое маленького покрывала осталось полностью незатронутым микроволнами, направленными на нее, в то время как показания приборов говорили о том, что покрывала в камере совсем не было.

Конечно, необходимость подобрать правильный материал – не единственная сложность в создании настоящего плаща-невидимки. Если они хотят развить свой прототип до чего-то более простого в применении, команда сэра Джона должна обратиться к ряду вопросов. Первое – это проблема длины лучей. Покрывало, которое было ими создано, функционирует только для узкого спектра длины волн. В применении к видимому свету, это означает, что оно невидимо только в красных лучах, но прекрасно видно в синих. Для расширения границ следует сделать покрывало значительно толще, что может значительно ограничить области применения. К тому же, создание метаматериалов, которые могли бы сделать то же самое в видимых лучах, намного более сложно, так как светопреломляющие структуры материала должны быть такими же маленькими, как и длина волны, на которую они направлены, а длины световых волн имеют размеры миллионных долей миллиметра.

Другая слабость в текущем дизайне – это то, что объект невидим только в одной плоскости. Если предмет, завернутый в покрывало, невидим сбоку, то прекрасно виден сверху или снизу. Чтобы исправить это, сэр Джон и некоторые из его соавторов в Дьюке пытаются заставить покрывало работать и в третьем измерении. Если они справятся с обеими задачами, то появятся новые сложности: так как объект под покрывалом абсолютно невидим для внешнего мира, то никакой свет не может проникнуть внутрь, следовательно, оккупант в этих условиях станет буквально слепым. Это, в принципе, не является проблемой, если кто-то хочет спрятать неподвижный объект, но создает проблемы, если кто-то хочет скрыть человека или видеокамеру. Другая сложная задача – позволить плащу эффективно работать в движении.

Естественно, военные проявляют интерес к развивающейся технологии и даже поддерживают проект материально. В частности, их интересует то, что длина частот радара очень близка к микроволнам, что означает, что покрывало, невидимое для радара, будет доступно гораздо раньше, чем покрывало, невидимое для глаза. Это обеспечит вооруженные силы технологиями защиты от радарослежения, намного более высокого качества, чем те, которыми обладают современные самолеты-невидимки.

Несмотря на то, что все эти морщины еще предстоит разгладить, основной прорыв доказывает, что у концепции есть достоинства. Плащ-невидимка существует. Агентство по защите исследовательских проектов надеется, что в ближайшее время сэр Джон сумеет найти решения многих проблем, связанных с покрывалом-невидимкой, что сделает его интересным не только для военных, но и для гражданских. В любом случае, теперь определенно известно, что плащ-невидимка однажды появится, в независимости от того, будет ли необходимость применять его на практике.

Перевод: Никонов Владимир

Никонов Владимир   27.11.2008