Невидимость-миф или реальность?
Кому принадлежит идея эффекта невидимости, фантастам
или ученым — неизвестно. Физики пытаются найти способ найти ключ к
разгадке так же давно, как писатели нахлобучивают на своих героев
шапки-невидимки и им подобные аксессуары. То, что невидимости можно
добиться путем особого искажения радио- и световых волн, падающих на
предмет, было известно давно. Об этом еще в 1897 году писал знаменитый
фантаст Герберт Уэллс в своем романе «Человек-невидимка».
Главный герой книги, многострадальный доктор
Гриффин, говорит своему коллеге Кемпу буквально следующее: «Видимость
зависит от того, как видимое тело реагирует на свет. <…>. Вы
прекрасно знаете, что тела либо поглощают свет, либо отражают, либо
преломляют его, или, может быть, все вместе. Если тело не отражает, не
преломляет и не поглощает света, то оно не может быть видимо само по
себе». Здраво рассуждающий Гриффин таким образом, правда, добивался
обратного эффекта — хотел стать видимым. И до сих пор не понятно было:
как добиться такого искажения световых волн.
Большой вклад в решение вопроса внес В.Г. Веселаго, который более 40 лет
назад обосновал возможность создания оптических сред с отрицательным
показателем преломления. Добиться невидимости можно, вообще говоря,
тремя различными способами:
- Закамуфлироваться под окружающую среду,
как делают некоторые животные и растения, спасаясь от своих недругов.
- Стать прозрачным для световых волн.
- Укрыться специальным
плащом-невидимкой. В последнем случае плащ должен быть изготовлен из
материала, который искривляет световые лучи так, что к наблюдателю
возвращаются только лучи, отраженные от расположенной за укрываемым
объектом области пространства. Но для объекта произвольной формы это
сделать очень трудно, если вообще возможно.
Другой подход заключается в том, чтобы отраженные от плаща лучи
создавали иллюзию, будто они отражены плоской поверхностью, хотя в плащ
при этом может быть укутан объемный предмет произвольной формы
(например, шар). Конечно, замену объекта отражающей плоскостью нельзя
назвать невидимостью в полном смысле этого слова. Ведь хотя наблюдатель
и не разглядит очертаний предмета, у него может возникнуть подозрение,
что "там что-то есть”. Но это все же лучше, чем ничего.
Рис. 1. Кремниевый плащ-невидимка
Наука тем не менее не стоит на месте, хоть идеальный плащ-невидимка, способный
скрывать объекты под любым углом зрения и во всех диапазонах
электромагнитного излучения (включая видимый свет), пока не создан, но
это не значит, что он не может существовать — никаким законам физики он
не противоречит.
Фотоны электромагнитного излучения (света) распространяются прямо, если показатель преломления
среды на всём их пути не меняется. Но в случае непостоянства
(анизотропии) показателя преломления фотоны могут двигаться по довольно
причудливым траекториям — например, всем известные миражи вызваны как
раз криволинейным движением световых лучей. В связи с этим нет ничего
принципиально невозможного в том, чтобы создать оболочку, которая
направляла бы свет в обход объекта, а затем снова
восстанавливала прежнее направление его распространения.
Рис. 2. Одна из возможных форм
плаща-невидимки — сферическая оболочка. Маленький красный круг справа —
источник электромагнитного излучения. Вещество плаща-невидимки
(метаматериал) показано синим цветом. Внутри оболочки находится
укрываемый объект. Плащ-невидимка направляет электромагнитное излучение
от источника в обход объекта, при этом практически не меняя и его
интенсивность.
На практике всё намного сложнее. Во-первых, чтобы сконструировать
плащ-невидимку, необходимо получить вещество с заданным (в зависимости
от формы плаща-невидимки) анизотропным показателем преломления, что уже
само по себе очень непросто. Во-вторых, даже если такой материал
удастся создать, необходимо еще, чтобы он был совершенно прозрачным
(практически не поглощал электромагнитное излучение). В естественных
условиях среды с подобными характеристиками не встречаются, поэтому их приходится изготавливать искусственно.
ПОИСК.Проблема ученых в том и
заключалась, чтобы найти материал, который был бы способен
закамуфлировать объект так, чтобы свет не «распознавал» его. Свет
должен огибать предмет подобно тому, как, к примеру, бегущая вода в
ручье обтекает лежащий на его дне камень. А чтобы заставить волны
огибать что-либо, допустим тот же камень, этот камень нужно обернуть в
некое подобие «плаща», сделанного из сырья, обладающего свойством
преломлять свет в направлении, отличном от того, в котором он
распространяется в обычных материалах.
Ученым из разных научных групп ранее удавалось
спрятать от человеческого глаза двухмерные объекты (предметы, не
имеющие объема), но это никак не удавалось повторить с обычными
трехмерными объектами, то есть с предметами, которые окружают человека,
да и самим человеком. То есть сырья, подходящего для создания такого
плаща-невидимки не существовало. Это сырье — метаматериалы —
искусственно созданные материалы с физическими свойствами, не
встречающимися по обыкновению в природе. Одна из их фишек —
отрицательный коэффициент преломления, который и заставляет световые
волны, подчиняясь структуре материала, огибать покрытый им объект со
всех сторон.
ПРОРЫВ. Ученым из Беркли удалось в
этом плане сделать прорыв. Под началом профессора Сяна Чжана физики
подобрали-таки материалы, позволяющие изменить естественное направление
движения волн света в диапазоне, близком к инфракрасному, и даже в
диапазоне видимого света. Причем они удачно поэкспериментировали сразу
с двумя способами достижения невидимости объекта. В эксперименте,
описанном в журнале Nature, ученые построили из метаматериала объемную
призму, которая изгибает лучи света в близком к инфракрасному
диапазоне. Секрет призмы — примитивного прототипа гипотетической
шапки-невидимки — в том самом метаматериале, который сами физики
окрестили «рыболовной сетью». Он представляет собой несколько
перемежающихся слоев серебра и непроводящего фторида магния,
пронизанных отверстиями, размеры которых исчисляются в нанометрах.
Во втором эксперименте, изложенном в журнале
Science, способный «неправильно» отражать волны уже видимого светового
диапазона метаматериал представлял собой некое подобие губки —
множество параллельных нано-трубок, вытравленных кислотой внутри
пористого оксида алюминия. Когда видимый свет проходит сквозь материал,
направление его движения тоже изменяется практически так, как того
добивались ученые.
Ученые из Беркли добились того, что объекты,
покрытые созданными ими материалами, не поглощают и не отражают
световые волны — свету «приходится» огибать покрытую метаматериалом
поверхность, в результате чего глаз воспринимает только свет,
отраженный от объектов, находящихся позади спрятанного
мантией-невидимкой предмета.
ВОЕННЫЙ ЗАКАЗ. Впрочем, сами
удачливые изобретатели скептически относятся к тому, что главным
применением изобретенными ими материалами, над которыми еще предстоит
поработать, станет массовый пошив шапок-невидимок. И не в последнюю
очередь потому, что те материалы, с которыми экспериментировали в
Беркли — хрупкий металл, и шить из него плащи-невидимки весьма
проблематично. «Однако будущее у метаматериалов, несомненно, светлое»,
— уверены исследователи. И, видимо, это действительно так — недаром
ведь их фантастические эксперименты спонсирует не кто-нибудь, а
Департамент научных исследований ВВС США.
ФАЛЬШИВЫЙ НЕВИДИМКА. Потрясающий
фокус с прозрачностью в 2006 году изобразил японский ученый, профессор
кибернетики и физики Сусуму Тачи. Хорошо разбирающийся в современной
технике японец создал замысловатую систему видеокамер и проекторов.
Эффект невидимости получался благодаря проекции на специальную одежду
изображения позади человека, демонстрирующего «плащ-невидимку».
Одежда, которую использовал Тачи в своем фокусе,
состоит из «крупинок», каждая из которых воспроизводит свою часть
изображения, полученного камерой на противоположной стороне. Так что
разглядывать этого «невидимку» нужно только со строго определенного
угла, со всех остальных он предстанет обычным человеком.
«СТЕЛС» ИГНОРИРУЕТ РАДАРЫ, НО ЗАСЕЧЬ ЕГО МОЖНО.
В апреле 2008 свой последний полет совершил самолет сделанный по
«невидимой» технологии «Стелс» F-117 Nighthawk (Ночной ястреб). На его
смену пришел F-22 Raptor (Хищник).
Ночной ястреб — предмет гордости американской
авиации — получил широкую известность благодаря американским же
шпионским боевикам. Вокруг «Стелса» создавалась целая мифология о том,
что этот самолет нельзя распознать радаром. Секретом машины была
технология маскировки с помощью специально разработанных материалов и
особенностей конструкции фюзеляжа. Такие успешно реализованные хитрости
позволили уменьшить отражение волн радаров и благодаря этому
незамеченным проникать в воздушное пространство противника.
«Стелс»-технология пока не позволяет сделать самолет
невидимым (его, например, может засечь производимая в Украине система
пассивной радиоразведки «Кольчуга» — она улавливает любые сигналы,
которые исходят от самолета), но уменьшает вероятность того, что он
будет запеленгован противником. Поверхность самолёта собрана из
нескольких тысяч плоских треугольников, выполненных из
волнопоглощающего материала. Он позволяет добиться того, что радиоволны
отражаются от самолета так, чтобы посланный противником и отраженный
«Стелсом» сигнал не вернулся в точку, откуда был послан.
Решений много но все они
пока в действительности особого успеха в создании идеально-невидимого
материала так и не принесли. Но с тем же разработки двигаются вперед и
кто знает- может скоро,совсем скоро мы и "увидим " наконец невидимку! ;)
И напоследок-вот вам компиляция из довольно таки интересного видео ролика,демонстрирующего возможности сокрытия предметов:
По материалам-
http://www.segodnya.ua/
http://www.nanonewsnet.ru/
http://elementy.ru/
|
| Категория: Смешанные дисциплины | Добавил: Vol4eG (25.02.2010)
|
| Просмотров: 4937
| Теги:
| Рейтинг: 5.0/2 |
|
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи. [ Регистрация | Вход ] |
