| Возможность по своему желанию становиться невидимым столетиями входила в первую тройку величайших человеческих желаний наряду с полетами и способностью видеть то, что далеко. Сегодня это больше не сюжеты из сказки: у нас уже есть самолеты, орбитальные станции, телевидение и интернет. Созданием реального плаща-невидимки учёные занялись лишь четверть века назад, однако за столь короткий промежуток времени они успели найти сразу несколько технических решений этой задачи.
Для того чтобы понять, что такое «невидимость», необходимо сперва
разобраться, что такое «видимость». В вакууме или в прозрачной среде
лучи света распространяются прямолинейно. Однако, если луч встречает
преграду, он трансформируется - отражается, преломляется, поглощается. Попав в человеческий глаз, такой видоизмененный луч и позволяет нам «видеть». Сказанное справедливо для непрозрачных предметов, но зато проходя через тонкое стекло, луч света почти не претерпевает изменений и потому преграда практически невидима.
Представьте себе тонкую струю воды, падающую вертикально вниз. Подставим под струю мячик от настольного тенниса. Вода, попав на шарик, стечёт по его поверхности, а снизу опять превратится такую же тонкую струю. И глядя на неё, можно подумать, что струя не встречала никакой преграды. Значит, для создания плаща-невидимки необходимо сделать так, чтобы любой луч, упавший на человеческое тело, не трансформировался, а продолжал свой путь в том же направлении, с той же яркостью и спектральной частотой, будто бы он прошёл через тонкое стекло. Какие же технологии позволяют превратить теорию в практику?
Метаматериал Quantum Stealth
Плащ-невидимка не должен изменять свойства предмета - он просто направляет лучи света в обход и заставляет 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, приборам ночного видения и тепловизорам, а также скрывает тень.
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 счёт их расположения. Учёный исходил из всем известного факта: на границе сред волны могут отражаться или преломляться, а внутри среды - поглощаться или проходить сквозь неё.
В 2006 году профессора Мичиганского университета Елена Семушкина и Сян Чжан предложили использовать диаэлектрики: например, одноосные кристаллы, для которых характерно двойное лучепреломление при всех направлениях падающего света, кроме одного. К исследованию подключились физики из Бирмингема, и вскоре им удалось создать материал с кристаллами нитрида кремния на прозрачной нанопористой подложке оксида кремния. Проделав в кристаллах отверстия нанометрового диаметра, учёные получили гладкое оптическое зеркало, которое способно скрывать объекты в видимом диапазоне.
Уникальный материал под названием Quantum Stealth работает без камер, батарей, ламп и зеркал, мало весит и, по словам разработчиков из компании Hyperstealth, стоит недорого. Тем не менее, купить уникальную ткань пока нельзя, ведь изначально она была предназначена для канадской, американской и британской армии. Военные и представители групп быстрого реагирования начали тестировать Quantum Stealth в 2012 году. В апреле 2014 года Hyperstealth объявила о запуске коммерческого варианта своего плаща-невидимки: Hyperstealth INVISIB, который должен появиться в продаже уже в этом году.
Гардероб из кальмаров
Способность каракатиц, кальмаров и осьминогов становиться невидимыми в воде позволила учёным из Университета Калифорнии и Университета Дьюка создать «плащ-невидимку» для морских пехотинцев. Впрочем, он не сделает их в буквальном смысле невидимыми, по позволит гениально маскироваться на фоне окружающей местности, буквально растворяясь в пейзаже.
Специалисты использовали белок из кожи кальмара лонгфин (Loligo pealeii) под названием рефлектин, способный подстраиваться под свет с разной длиной волны. Они обнаружили, что в 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, учёные поместили слой этого белка на оксид-графеновую и диоксид-силиконовую плёнку. Попеременно обрабатывая материал водяным паром и раствором кислоты, они смогли заставить слой белка расширяться и опадать, меняя цвет. Это лишь первый этап работы, но уже нет сомнений, что появление уникальной новинки – лишь вопрос времени.
Щит из радиоволн
Световые лучи и радиоволны имеют одну и ту же природу - это электромагнитные колебания. Разница заключается лишь в длине волны. У видимого света она измеряется долями миллиметра, а радиоволны могут быть в несколько километров длиной. От длины волны зависят и некоторые физические качества. Например, свет при обычных условиях может огибать только сопоставимые с длиной волны препятствия. Средние волны могут огибать человеческое тело, здания и другие объекты. А длинные волны могут обойти даже земной шар.
Однако луч света, совмещённый с радиоволной, перенимает часть её свойств и тоже начинает огибать препятствия. В истории известно много случаев столкновения самолетов с радиопередающими вышками. Как правило, причина кроется как раз в этом эффекте: при определённой длине волны детали вышки утрачивают визуальную чёткость. Лётчики жаловались на то, что антенны не были видны, или имели размытые контуры.
Чтобы добиться подобного эффекта для человека, нужно точно рассчитать длину радиоволны в зависимости от размера объекта. Опытным путём была выведена закономерность, согласно которой световые лучи свободно огибают человеческое тело, если оно само излучает поток радиоволн с частотой 1456 килогерц (+- 5%). Любой грамотный радиолюбитель может стать невидимым при помощи источника питания 1.5 В, катушки индуктивности, конденсатора и крепящихся к телу клемм.
Устройство испытывалось на многих людях с неизменным успехом, однако вскоре выяснилось, что невидимость пробуждает в людях не самые лучшие качества. Например, Стив Р. из Бостона бесплатно слетал в Европу, проникнув невидимым в самолет «Бритиш Аируэйз». Некий Марк А. вообще не придумал ничего лучшего, чем похитить портативный DVD плеер из магазина, а через неделю был арестован при попытке продать его. Невольно вспоминается супергеройская мудрость: «Большая сила – большая ответственность»…
|
