Как сделать мантию невидимку?

Это надо не видеть: что такое невидимость и как ее создать

Невидимость издревле была частью чего-то магического: упоминание шапки-невидимки, которая позволяет сделать человека невидимым для глаз окружающих, можно встретить еще в сказке «Руслан и Людмила» Пушкина. Идея стать невидимым, надев что-либо на себя, продолжилась концепцией плаща-невидимки, который как раз за счет «магических» свойств ткани скрывал человека, полностью в него укутавшегося. Именно научную сторону невидимости впервые показал Герберт Уэллс в романе «Человек-невидимка»: его главный герой, физик Гриффит, обесцветил свою кровь с помощью созданного им препарата и изобрел машину, делающую человека невидимым. Сейчас именно благодаря науке способность предметов становиться невидимыми для глаз человека уже не кажется такой сказочной фантастикой, несмотря на то, что ученые сделали ставку именно на изучение материалов, а не на биологические изыскания. О том, как далеко зашли в своих исследованиях ученые всего мира, в том числе Университета ИТМО, и как все-таки создать невидимость, в нашем материале.

Это надо не видеть: что такое невидимость и как ее создать. Источник: vistanews.ru

Крылья, ноги и военная форма

Если определять «невидимый объект» просто как «объект, который мы не видим», без углубления в подробности и нюансы, то стоит начать с примеров из живой природы — с принципов маскировки, которые помогают хищникам охотиться на травоядных, а травоядным прятаться от гибели. Самой распространенной здесь является мимикрия цвета, при которой окраска животного гармонирует с цветовой гаммой, распространенной в ареале его обитания. У арктических животных и птиц часто встречаются белые мех и перья, а, например, в пустынях водится живность всех оттенков песчаного цвета. Эту хитрость используют военные всего мира, полевая форма которых сшита из камуфляжной ткани. А некоторым представителям животного мира эволюция помогла настолько хорошо отточить механизмы мимикрии, что, например, африканского богомола Phyllocrania paradoxa очень трудно отличить от засохшего листа, а его собрата Hymenopus coronatus, который обитает в Индии и Индонезии, — от цветка орхидеи. Это мимикрия формы.

Есть и более изощренные мастера мимикрии, способные активно приспосабливаться к окружающей среде. Хамелеоны, вопреки распространенному мнению, меняют цвет не для того, чтобы прятаться, а чтобы общаться с представителями своего вида. Однако головоногие моллюски, самыми известными из которых являются осьминоги, и некоторые рыбы, например камбалы, благодаря умению менять окраску неплохо справляются с задачей «быть невидимыми» для стороннего наблюдателя. Попытки перенять этот опыт и создать адаптивный камуфляж предпринимают многие экспериментаторы и научные группы. Например, ученые из лаборатории профессора Сусуми Тачи в Токийском университете создали свою версию плаща-невидимки на основе технологии ретрорефлективной (отражающей в сторону источника света) проекции. Добиться эффекта «невидимости» им удалось благодаря тому, что происходящее за человеком в плаще снимается на специальную камеру, обрабатывается и проецируется на специальную ткань. Похожую идею использовали персонажи Саймона Пегга и Тома Круза в фильме «Миссия невыполнима: Протокол Фантом», хотя сценаристы, конечно, не ограничивали свою фантазию реально существующими технологиями.

От зоологии — к физике

Можно привести еще массу примеров, когда объекты имитируют фон, на котором находятся, но «настоящей» невидимостью здесь пока что не пахнет. Чтобы действительно скрыть объект от посторонних глаз, нужно, чтобы он не поглощал и не переизлучал падающий на него свет.

Спрятать что-либо от технических устройств достаточно легко, хоть эти решения и имеют ряд ограничений: стелс-технологии военных основаны на том, чтобы излучение радиолокационных станций отражалось в сторону и в итоге не возвращалось к приемнику. Но обмануть зрение сложнее как минимум потому, что глаз сам ничего не излучает, а только регистрирует попадающий свет, и, если «заставить» какой-то предмет ничего не отражать, невидимым он для нас не станет: на его месте будет черное пятно. Значит, необходимо сделать так, чтобы электромагнитные волны прошли через объект без искажений. Для этого нужно, чтобы его оптические свойства были идентичны таковым у воздуха, а это пока что невозможно. Другой выход — заставить волны огибать объект и больше никак с ним не взаимодействовать.

Магистрант кафедры фотоники и оптоинформатики и секретарь студенческой оптической ячейки Университета ИТМО Владимир Борисов рассказывает, что проблема вполне решаема. Для этого требуется поместить объект — допустим, шар — в шар побольше, выполненный из материала с таким показателем преломления, чтобы падающая волна нужным образом искривилась, обогнула объект, а затем продолжила распространяться в прежнем направлении. Мало того, теоретически это можно реализовать даже двумя способами.

Дырка от метабублика

Первый способ связан с использованием метаматериалов — это особый класс материалов, свойства которых определяет не вещество, из которых они состоят, а их структура. Ученые могут создавать метаматериалы с удивительными характеристиками, которые не встречаются в природе — например, обладающие отрицательным показателем преломления света. Понять, как это может выглядеть, поможет следующий мысленный эксперимент. Представьте, что в стакан налита жидкость, оптические свойства которой будут как у обычной воды, за исключением прямо противоположного значения показателя преломления (n = -1,33). Если опустить в этот стакан палочку, то со стороны это будет смотреться так, как будто под и над поверхностью жидкости находятся две разных палочки — концы будут направлены в разные стороны.

Чтобы изменить показатель преломления материала, можно «разбавить» его структуру другим веществом. Для начала можно создать ячеистую структуру из шестиугольников, размеры которых будут сопоставимы с длиной падающей волны. Если просверлить в каждом из шестиугольников дырку, то свет будет воспринимать единицу «шестиугольник плюс дырка» как нечто однородное, и коэффициент преломления света материалом понизится. Такой метод использовали исследователи из Северной Каролины: они создали диэлектрическую пленку, оптические свойства которой были близки к свойствам обычного воздуха, и опубликовали результаты исследования в журнале Advanced Functional Materials.

«Структуру не обязательно создавать из шестиугольников: форма структурных единиц может быть и более причудливой. Но пока это самые простые многоугольники, которыми можно заполнить плоскость так, что между ними не будет зазоров, а между их центрами будет минимальное расстояние. Именно поэтому такие структуры — например, пчелиные соты — часто встречаются в природе, — объясняет Владимир Борисов. — Этот метод до определенного момента достаточно прост в исполнении, в интернете есть видео, на котором с его помощью от микроволнового излучения маскируют человека: волны огибают трубу, в которой он находится. Но здесь есть одна проблема: эксперимент трудно повторить в оптическом диапазоне частот, потому что длина волны в видимом спектре составляет всего 400−800 нанометров. Нужно заполнить пространство очень маленькими шестиугольниками, в которых еще нужно будет просверлить очень много дырок, при этом тщательно просчитав все параметры».

Отметим, что ученые из Калифорнийского университета в Беркли уже создали на основе метаматериала из золотых наноантенн плащ-невидимку, который скрывает трехмерные объекты в инфракрасном диапазоне. Правда, невидимым пока что удалось сделать объект площадью всего в 1300 квадратных микрон — это размеры нескольких живых клеток. Результаты эксперимента опубликованы в журнале Science.

Среда для невидимки

Другой метод связан с использованием светочувствительных сред — материалов, которые реагируют на внешние раздражители и меняют свойства, чаще всего — коэффициенты преломления и поглощения.

«Мы можем просто взять кусок материала, подогреть его или охладить, а после — осветить, чтобы показатель преломления изменился ровно так, как нам нужно. Я работаю над созданием базы для реализации этого подхода, но сейчас подробно останавливаться на этой теме не стану: ей будет посвящен мой рассказ на Science Slam ITMO University, — говорит Владимир Борисов. — Эта отрасль пока еще находится на стадии фундаментальных исследований, и до прикладных экспериментов пока еще далеко».

По словам Владимира Борисова, над вопросами невидимости в оптическом диапазоне он работает не только потому, что концепция «шапки-невидимки» выглядит более заманчиво, чем «шапка-невидимка для СВЧ-диапазона». Здесь встают более сложные задачи и появляются более интересные наглядные эффекты. Например, даже если ученые смогут создать маскирующее покрытие, в котором волны будет огибать массивный объект, полностью избавиться от оптических дефектов удастся не сразу. Во-первых, из-за того, что огибающему объект свету приходится проделать чуть больший путь, фон за невидимкой визуально будет находиться чуть дальше, чем положено. Кроме того, разные спектральные составляющие света будут по-разному взаимодействовать с маскирующей средой, и в результате фон будет «расслаиваться» на разноцветные изображения.

«Невидимость нужна в первую очередь оборонной промышленности. Военным необходимо просто защитить объект от волн конкретной длины, чтобы с их волновым фронтом не происходило ничего необычного. Компьютеры пока что не очень хорошо умеют распознавать такие дефекты и вряд ли сумеют делать это в ближайшем будущем. Поэтому я думаю, что мы и не будем учиться компенсировать такие дефекты, — добавляет Владимир Борисов. — Сегодня многие ученые занимаются моделированием поведения света в материалах, есть массивные математические и физические пакеты, с помощью которых можно посмотреть, как волна будет огибать объект, каким будет волновой фронт. Человеческий глаз — не очень надежный приемник, он регистрирует не все физические величины, которые присущи электромагнитной волне. Поэтому главным орудием всех физиков, которые занимаются вопросами невидимости, сейчас являются эти программные пакеты».

«Правильный» плащ-невидимка, который заставляет волны света огибать укутанный в него объект, уже якобы создан. Канадская компания Hyperstealth Biotechnology, специализирующаяся на выпуске камуфляжа, публиковала материал о том, что их технология Quantum Stealth позволяет маскировать объект в видимом и инфракрасном диапазоне частот, прятать его тень и при этом не требует источников питания, камер и зеркал. Ткань-невидимка мало весит и стоит недорого. Однако, по словам представителей компании, технология настолько секретная, что они не могут публиковать вообще никаких подробностей о разработке, и даже «фотографии» плаща в действии были нарисованы.

Добавим, что в Университете ИТМО проблемой невидимости занимается ряд подразделений уже не один год. Результаты исследований по этой теме нашли выражение в научных публикациях в журналах Scientific Reports, Physica status solidi, Physics-Uspekhi. Также, если вас заинтересовала тема невидимости, советуем почитать обзорную статью заведующего кафедрой оптики лазеров Николая Розанова.

Как сделать плащ-невидимку?

Иногда в жизни возникают ситуации, когда нам необходимо… скрыться. Или скрыть от посторонних глаз какие-то объекты. Одним словом — замаскироваться. В этом нам вполне способны помочь современные технологии.

За последние годы исследователям удалось создать ряд метаматериалов (композиционных материалов, свойства которых обусловлены не столько свойствами составляющих их элементов, сколько структурой), которые не пропускают свет, звук, тепло и так далее…

Даже в волшебном мире Гарри Поттера плащ-невидимка был редкостью

Обман зрения

Сделать невидимым самого человека, увы, не получится: для этого ткани нашего тела должны перестать преломлять и отражать свет. Но если и удастся изменить человеческий организм для его невидимости, то неизвестно еще, к каким последствиям это приведет. Например, мы можем ослепнуть, потому что невидимые глаза перестанут улавливать свет… Поэтому оптимальный вариант, который позволит нам хотя бы создать иллюзию исчезновения, использовать специальные «маскировочные» материалы.

Речь идет, например, о субстанции, обладающей отрицательным углом преломления. В результате световые лучи как бы «огибают» объект, и сторонний наблюдатель видит только то, что находится позади него, а сам объект остается невидимым.

Первый шаг к созданию «плаща-невидимки» был сделан еще в середине 90-х годов прошлого века физиком Имперского колледжа Лондона Джоном Пендри. Ученый предложил использовать для этой цели метаматериалы, в состав которых входят проводящий электричество металл, а также диэлектрик.

Несколько лет назад японские ученые изобрели покрывало для маскировки. Специальные датчики, прикрепленные к поверхности, придают покрывалу цвет окружающих его объектов и частично препятствуют преломлению света. Поэтому если человек надел такой плащ, можно видеть другие предметы сквозь него!

В 2011 году группа ученых из Барселонского университета (Испания) во главе с Альваро Санчесом совместно с коллегами из Словацкой академии наук предложила систему защиты объектов от воздействия магнитного поля при помощи ферромагнитного покрытия. Из этого материала делаются, к примеру, обычные магнитики на холодильник.

Предмет, находящийся под покрытием, становится непроницаемым для магнитных лучей. Таким образом, можно будет сделать более безопасной процедуру МРТ и… «обманывать» магнитные рамки, расположенные на вокзалах и в аэропортах.

Не так давно команде физиков из Бирмингема удалось создать материал с одноосными кристаллами нитрида кремния на прозрачной нанопористой подложке из оксида кремния. В кристаллах проделали нанометровые отверстия, что превратило материал в гладкое оптическое зеркало, способное скрывать объекты в видимом диапазоне.

Канадской компанией Hyperstealth, специализирующейся на изготовлении камуфляжа, была разработана мягкая ткань Quantum Stealth, позволяющая «обводить» свет вокруг объекта, что делает его невидимым не только для глаз, но и для камер, а кроме того, скрывает также тени от объектов.

Тестирование Quantum Stealth началось в 2012 году. Правда, поначалу материал предназначался только для военных. В апреле 2014 года компания объявила о запуске коммерческого варианта «плаща-невидимки» — Hyperstealth INVISIB. Возможно, в следующем году ткань уже поступит в свободную продажу.

Даешь нанотрубки!

Исследователи из Университета Северного Техаса в Далласе разработали технологию «стирания» объектов при помощи углеродных нанотрубок. В ее основе лежит фототермическое преломление, или эффект миража. Принцип разработанной технологии следующий: операторы, попеременно то включая, то выключая подачу тока, нагревают и остужают материал, состоящий из цилиндрических молекул углерода с высокой теплопроводимостью.

При этом предмет, который находится за завесой из данного материала, то появляется, то исчезает… Правда, есть одна проблема: для того чтобы исчезать, объект непременно должен быть помещен в контейнер с водой.

В свою очередь, британской компании Surrey Nanosystems удалось создать «самый темный материал на Земле». Он отражает всего 0,035% световых лучей.

Поверхность материала под названием Vantabalck состоит из графитовых нанотрубок в 10 тысяч раз тоньше человеческого волоса. Их диаметр настолько мал, что просто не пропускает фотоны света. В итоге они попадают в пространства между трубками и уже не могут «выбраться» оттуда. Разработчики надеются, что материал найдет применение в оптических устройствах, различной электронике и системах тепловой защиты.

Белок из кожи кальмара

Ученых уже давно удивляла способность таких морских животных, как каракатицы, кальмары и осьминоги, оставаться невидимыми в воде. Недавно группа исследователей из Калифорнийского университета и Университета Дьюка решила использовать это свойство при разработке камуфляжа для морских пехотинцев.

В коже кальмара Loligo pealeii они обнаружили белок рефлектин, который способен подстраиваться под световое излучение с разной длиной волны. Выяснилось, что в тканях этого морского обитателя чередуются слои клеток с высоким и низким показателем преломления света. Увеличивая и сокращая расстояния между ними, кальмар «отражает» световые лучи разных диапазонов и мимикрирует.

Выделив из клеток кальмара рефлектин с высоким показателем преломления, исследователи поместили слой белка на пленки из оксида графена и диоксида кремния. Затем они принялись попеременно обрабатывать материал то водяным паром, то раствором кислоты, заставляя слой белка то расширяться, то опадать, изменяя при этом цвет.

Средство от нащупывания

А специалисты из Технологического института Карлсруэ (Германия) разработали материал, способный скрывать объекты… от нащупывания!

— «Плащ-невидимка» нового типа сделан из полимерного метаматериала, чьи свойства определяются особой структурой, — говорит один из разработчиков, Тимо Бюкманн. — Нам удалось построить вокруг объекта структуру, сопротивление которой меняется в зависимости от координат.

Структура покрытия состоит из тонких игл-конусов с соприкасающимися между собой верхушками. Причем размер точек контакта рассчитан с максимальной точностью: именно этот параметр придает материалу необходимые механические свойства. В итоге, если поместить под покрытие какой-нибудь предмет, то, трогая материал сверху, вы никогда не сможете его нащупать.

Так, экспериментируя, ученые поместили в полость под покрытием твердый цилиндр. Ранее, даже если цилиндр был покрыт губчатым материалом или хлопком, это не «спасало» его от нащупывания. Под чудо-материалом обнаружить цилиндрик исследователям так и не удалось.

Теперь о самом главном — о практическом применении открытия. Для чего это нужно? Ну, предположим, вы вынуждены спать на диване или матрасе, из которого выпирают пружины, или на полу, или на земле и камнях — мало ли какие бывают обстоятельства… Если у вас есть покрывало из материала, защищающего от нащупывания, то вы не ощутите никакого неудобства.

— Это напоминает сказку Ганса Христиана Андерсена «Принцесса на горошине», — прокомментировал Тимо Бюкманн. — В сказке чувствительная принцесса все же сумела почувствовать твердую горошину под сотней матрасов. Одного слоя нашего материала оказалось бы достаточно, чтобы принцесса спокойно проспала всю ночь.

Новинка может сделать более удобной и обувь. Если в подошву ваших туфель снизу вонзится гвоздь, вы его просто не почувствуете, разве что он пронзит насквозь стельку из «суперматериала».

Одежда иди сумка из чудесного материала поможет защититься от воров. Как известно, грабители чаще всего сначала ощупывают вещи и карманы снаружи на предмет нахождения кошелька или мобильника, а уже потом лезут туда рукой…

Если на вас будут надеты куртка, пальто или плащ, изготовленные из ткани, защищающей от прикосновений, или ценные вещи будут лежать в сумке из такого полимера, то злоумышленник попросту не сможет ничего нащупать. Хотя если он просто залезет в карман или сумку рукой, то вряд ли данное ноу-хау сработает. Но для всякого правила есть свои исключения…

Ида ШАХОВСКАЯ

Обман зрения

Сделать невидимым самого человека, увы, не получится: для этого ткани нашего тела должны перестать преломлять и отражать свет. Но если и удастся изменить человеческий организм для его невидимости, то неизвестно еще, к каким последствиям это приведет. Например, мы можем ослепнуть, потому что невидимые глаза перестанут улавливать свет… Поэтому оптимальный вариант, который позволит нам хотя бы создать иллюзию исчезновения, использовать специальные «маскировочные» материалы.

Речь идет, например, о субстанции, обладающей отрицательным углом преломления. В результате световые лучи как бы «огибают» объект, и сторонний наблюдатель видит только то, что находится позади него, а сам объект остается невидимым.

Первый шаг к созданию «плаща-невидимки» был сделан еще в середине 90-х годов прошлого века физиком Имперского колледжа Лондона Джоном Пендри. Ученый предложил использовать для этой цели метаматериалы, в состав которых входят проводящий электричество металл, а также диэлектрик.

Несколько лет назад японские ученые изобрели покрывало для маскировки. Специальные датчики, прикрепленные к поверхности, придают покрывалу цвет окружающих его объектов и частично препятствуют преломлению света. Поэтому если человек надел такой плащ, можно видеть другие предметы сквозь него!

В 2011 году группа ученых из Барселонского университета (Испания) во главе с Альваро Санчесом совместно с коллегами из Словацкой академии наук предложила систему защиты объектов от воздействия магнитного поля при помощи ферромагнитного покрытия. Из этого материала делаются, к примеру, обычные магнитики на холодильник.

Предмет, находящийся под покрытием, становится непроницаемым для магнитных лучей. Таким образом, можно будет сделать более безопасной процедуру МРТ и… «обманывать» магнитные рамки, расположенные на вокзалах и в аэропортах.

Не так давно команде физиков из Бирмингема удалось создать материал с одноосными кристаллами нитрида кремния на прозрачной нанопористой подложке из оксида кремния. В кристаллах проделали нанометровые отверстия, что превратило материал в гладкое оптическое зеркало, способное скрывать объекты в видимом диапазоне.

Канадской компанией Hyperstealth, специализирующейся на изготовлении камуфляжа, была разработана мягкая ткань Quantum Stealth, позволяющая «обводить» свет вокруг объекта, что делает его невидимым не только для глаз, но и для камер, а кроме того, скрывает также тени от объектов.

Тестирование Quantum Stealth началось в 2012 году. Правда, поначалу материал предназначался только для военных. В апреле 2014 года компания объявила о запуске коммерческого варианта «плаща-невидимки» — Hyperstealth INVISIB. Возможно, в следующем году ткань уже поступит в свободную продажу.

Даешь нанотрубки!

Исследователи из Университета Северного Техаса в Далласе разработали технологию «стирания» объектов при помощи углеродных нанотрубок. В ее основе лежит фототермическое преломление, или эффект миража. Принцип разработанной технологии следующий: операторы, попеременно то включая, то выключая подачу тока, нагревают и остужают материал, состоящий из цилиндрических молекул углерода с высокой теплопроводимостью.

При этом предмет, который находится за завесой из данного материала, то появляется, то исчезает… Правда, есть одна проблема: для того чтобы исчезать, объект непременно должен быть помещен в контейнер с водой.

В свою очередь, британской компании Surrey Nanosystems удалось создать «самый темный материал на Земле». Он отражает всего 0,035% световых лучей.

Поверхность материала под названием Vantabalck состоит из графитовых нанотрубок в 10 тысяч раз тоньше человеческого волоса. Их диаметр настолько мал, что просто не пропускает фотоны света. В итоге они попадают в пространства между трубками и уже не могут «выбраться» оттуда. Разработчики надеются, что материал найдет применение в оптических устройствах, различной электронике и системах тепловой защиты.

Средство от нащупывания

А специалисты из Технологического института Карлсруэ (Германия) разработали материал, способный скрывать объекты… от нащупывания!

— «Плащ-невидимка» нового типа сделан из полимерного метаматериала, чьи свойства определяются особой структурой, — говорит один из разработчиков, Тимо Бюкманн. — Нам удалось построить вокруг объекта структуру, сопротивление которой меняется в зависимости от координат.

Структура покрытия состоит из тонких игл-конусов с соприкасающимися между собой верхушками. Причем размер точек контакта рассчитан с максимальной точностью: именно этот параметр придает материалу необходимые механические свойства. В итоге, если поместить под покрытие какой-нибудь предмет, то, трогая материал сверху, вы никогда не сможете его нащупать.

Так, экспериментируя, ученые поместили в полость под покрытием твердый цилиндр. Ранее, даже если цилиндр был покрыт губчатым материалом или хлопком, это не «спасало» его от нащупывания. Под чудо-материалом обнаружить цилиндрик исследователям так и не удалось.

Теперь о самом главном — о практическом применении открытия. Для чего это нужно? Ну, предположим, вы вынуждены спать на диване или матрасе, из которого выпирают пружины, или на полу, или на земле и камнях — мало ли какие бывают обстоятельства… Если у вас есть покрывало из материала, защищающего от нащупывания, то вы не ощутите никакого неудобства.

— Это напоминает сказку Ганса Христиана Андерсена «Принцесса на горошине», — прокомментировал Тимо Бюкманн. — В сказке чувствительная принцесса все же сумела почувствовать твердую горошину под сотней матрасов. Одного слоя нашего материала оказалось бы достаточно, чтобы принцесса спокойно проспала всю ночь.

Новинка может сделать более удобной и обувь. Если в подошву ваших туфель снизу вонзится гвоздь, вы его просто не почувствуете, разве что он пронзит насквозь стельку из «суперматериала».

Одежда иди сумка из чудесного материала поможет защититься от воров. Как известно, грабители чаще всего сначала ощупывают вещи и карманы снаружи на предмет нахождения кошелька или мобильника, а уже потом лезут туда рукой…

Если на вас будут надеты куртка, пальто или плащ, изготовленные из ткани, защищающей от прикосновений, или ценные вещи будут лежать в сумке из такого полимера, то злоумышленник попросту не сможет ничего нащупать. Хотя если он просто залезет в карман или сумку рукой, то вряд ли данное ноу-хау сработает. Но для всякого правила есть свои исключения…

Технологии невидимости: 5 изобретений, которые позволят нам скрыться

Прежде всего, плохая новость: сделать живое тело невидимым с помощью эликсира пока не представляется возможным. Английский писатель и публицист Герберт Уэллс в своем романе «Человеке-невидимка», написанном в 1897 году, объяснял: «Тела либо поглощают свет, либо отражают, либо преломляют его, или все вместе. Если тело не отражает, не преломляет и не поглощает света, то оно не может быть видимо само по себе. Если вы положите кусок обыкновенного стекла в воду или, еще лучше, в какую-нибудь жидкость, более плотную, чем вода, то вы стекла почти совсем не увидите, потому что свет, переходя из воды в стекло, преломляется и отражается очень слабо, и вообще не подвергается почти никакому воздействию». Иными словами, чтобы сделать тело невидимым, нужно уменьшить коэффициент преломления его тканей (кожи, мышц, внутренних органов и костей) до коэффициента преломления воздуха. Ни физика, ни физиология сегодня не позволяют нам этого сделать: невидимые глаза не смогут улавливать свет, а для изменения оптических свойств тканей нужно так перекроить обмен веществ, что станет не понятно, как жить с этим. Идея шапки-невидимки тоже выглядит сомнительно: она должна временно менять оптические свойства не только живых тканей, но и одежды и обуви, — предметов, сделанных из совсем других материалов, часто смешанных и синтетических.

Как устроен плащ-невидимка

Плащ-невидимка работает совсем не так, как шапка или эликсир: не меняя свойств предмета, он может направить лучи света в обход и заставить стороннего наблюдателя видеть только то, что находится позади. Сегодня субстанции с такими свойствами уже есть: это метаматериалы с отрицательным углом преломления, который заставляет лучи света огибать объект и делает его невидимым глазу.

Первопроходцем в области создания таких метаматериалов стал физик Имперского колледжа в Лондоне, сэр Джон Пендри. В середине 90-х он предположил, что достижение нужного угла преломления возможно не столько за счет химического состава молекул, сколько за счет их расположения. Ученый исходил из всем известного факта: на границе сред волны могут отражаться или преломляться, а внутри среды — поглощаться или проходить сквозь нее. Он предложил использовать материалы, в состав которых входит металл (проводник электричества) и диэлектрик. Тем не менее, когда в 2006 году дошло до опытов, выяснилось, что метаматериалы Пендри делают предметы невидимыми только в инфракрасном диапазоне. Тогда профессора Мичиганского университета Елена Семушкина и Сян Чжан предложили отказаться от металла и использовать только диаэлектрики: например, одноосные кристаллы, для которых характерно двойное лучепреломление при всех направлениях падающего света, кроме одного.

Чтобы сделать плащ-невидимку, такие кристаллы начали исследовать физики из Бирмингема. Вскоре им удалось создать материал с одноосными кристаллами нитрида кремния на прозрачной нанопористой подложке оксида кремния. Когда все кристаллы оказались на подложке, в них проделали отверстия нанометрового диаметра. В результате получилось гладкое оптическое зеркало, которое способно скрывать объекты в видимом диапазоне. Именно такую технологию, возможно, использовали канадские создатели военных «исчезающих плащей», которые пока держат состав своего материала в секрете.

Белок рефлектин: кожа кальмара

Способность каракатиц, кальмаров и осьминогов становиться невидимыми в воде позволила ученым из Университета Калифорнии и Университета Дьюка создать «плащ-невидимку» для морских пехотинцев. Они использовали белок под названием рефлектин, способный подстраиваться под свет с разной длиной волны. Специалисты нашли его в тканях кожи кальмара лонгфин (Loligo pealeii), которого изучали по заказу Службы военно-морских исследований США. Они обнаружили, что в его тканях чередуются слои клеток с высоким и низким показателем преломления. Сокращая и увеличивая расстояние между слоями, кальмар «отражает» свет разного диапазона и меняет цвет. Чтобы воспроизвести эту способность, ученые выделили рефлектин из клеток с высоким показателем преломления и поместили слой этого белка на оксид-графеновую и диоксид-силиконовую пленку. Попеременно обрабатывая материал водяным паром и раствором кислоты, они смогли заставить слой белка расширяться и опадать, меняя цвет. Специалисты говорят, что их разработка станет «первым решающим шагом» к созданию исчезающего плаща. Такая самонадеянность понятна: ведь если, повторяя за птицами, мы научились летать, почему бы нам не научиться быть невидимыми, повторяя за кальмаром?

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *