|
Как физики делают вещи невидимыми
|
|
|
|
Вот мы и дожили до такого времени, когда шапка-невидимка, привычный атрибут народных сказок, не кажется фантастикой. Нынешние технологии позволяют скрывать объекты безо всякого волшебства, опираясь только на знание законов физики.
|
|
|
|
История материалов-невидимок уходит корнями в период становления советского государства, когда запускали множество научных проектов, порой самых фантастических. В 1936 году в прессе писали о самолете из прозрачного оргстекла, покрытого амальгамой. Его якобы сконструировал Роберт Бартини, сбежавший в СССР итальянский инженер. Однако ни фотографий, ни чертежей того чудесного воздушного судна не сохранилось, так что секрет его невидимости, можно считать, утерян. Материалы, недоступные взгляду, пришлось изобретать заново.
|
 |
|
Мы видим те объекты, которые отражают свет. Они рассеивают его под разными углами в зависимости от цвета, материала, положения относительно источника света. Отражение улавливает сетчатка глаза и транслирует в мозг, где формируется изображение. Соответственно, если свет, отраженный от объекта, не дошел до сетчатки, мы его не увидим. Но как реализовать такую технологию на практике?
|
|
|
|
На сегодняшний день ученые придумали три метода. Например, они предлагают заставить свет огибать объект, не сталкиваясь с ним. Для этого вещь должна быть покрыта материалом с особой структурой в виде решетки включений-кирпичиков, размер которых меньше определенной длины волны света. \
|
|
|
|
Допустим, видимый человеческим глазом спектр охватывает длины волн от 400 до 700 нанометров, следовательно, включения решетки должны быть порядка 100-200 нанометров. Неслучайно их называют метаатомами. Свет будет огибать объект, покрытый метаатомами, словно пешеход яму на дороге. Подобную задумку реализовали физики из США в 2015 году, создав из кремния материал толщиной всего 80 нанометров. С его помощью удалось скрыть крохотную частицу из живых клеток от наблюдавшего ее в микроскоп исследователя.
|
|
|
|
"Еще можно сделать так, чтобы свет проходил сквозь материал, не искажаясь. В физике используется величина под названием коэффициент пропускания — она показывает отношение потока излучения, прошедшего через вещество, к потоку, упавшему на ее поверхность. Например, через вакуум свет проходит беспрепятственно, поэтому его коэффициент пропускания равен единице. А вот металл отражает все падающие на него электромагнитные волны. Получается, чтобы материал был невидимым, свет должен проходить через него полностью, не рассеиваясь, как через вакуум", — рассказывает Алексей Башарин, сотрудник лаборатории сверхпроводящих метаматериалов НИТУ МИСиС.
|
|
|
|
Для этого исследователи придумали комбинировать два материала так, чтобы отражающиеся от них волны гасили друг друга и просто проходили насквозь без рассеяния — такое состояние называется анаполь. А структуры, проявляющие необычные свойства благодаря своей архитектуре, а не характеристикам составляющих их веществ, называют метаматериалами.
|
|
|
|
Третий метод строится на способности материала поглощать весь свет, ничего не отражая. Но он не очень популярен, так как полностью скрыть за ним объект не удастся — он будет отбрасывать тень.
|
|
|
|
"Труднее всего сделать материал, прозрачный для широкого диапазона света. К счастью, это и не нужно, ведь обычно функция невидимости востребована для конкретной задачи. Например, сделать так, чтобы некое излучение уничтожало только раковые клетки, а здоровые просто не замечало. Что касается плащей-невидимок в качестве развлечения для людей, вряд ли они в ближайшее время выйдут на рынок. Физикам достаточно доказать, что конкретный метаматериал работает, для чего нужен кусочек размером в несколько микрометров. Производить огромные "лоскуты" просто неинтересно и очень дорого, по крайней мере, сейчас", — заключает Башарин.
|
|
|
|
Источник
|
