2014-04-11

Плащ-невидимка

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 голосів)

Не так багато можна перерахувати досліджень в області нових матеріалів, які однаково б зацікавили і керівництво Пентагону, і шанувальників нових казок про Гарі Потера, і навіть агресивних ромулан з серіалу «Стар Трек». Сховатися людині хотілося давно, - сховатися, немов героєві відомого роману Герберта Уелса, так щоб всіх бачити, і залишатися при цьому не видимим нікому. Але давно вже було доведено: це неможливо. Абсолютна невидимість суперечить природі зору: щоб бачити, людині треба спотворювати світлові промені і поглинати їх, зовсім непомітно таке не вдасться.

Перші і досить очевидні спроби обійти цю заборону робилися досить давно. Наприклад, Рей Олден з університету Північній Кароліні вже п'ять років намагається запатентувати свою ідею тканини-хамелеона: на ній встановлені мікровипромінювавчі, що імітують колір тіла, розташованого десь поблизу. Так, наприклад, танк, який їде прерією, замаскується в бурий колір, такий як у висохлої трави під днищем, завдяки встановленим там телекамерам.

У Андреа Алу, вихідця з Римського університету, що працює зараз в американському університеті Пенсільванії, є трохи краща ідея. Треба зробити так, щоб світло огинало тіло, рухаючись навколо нього немов «вода навколо скелі». Метафора, звичайно, красива, але як же цього добитися? Чи можливо це?

Як відомо, світловий промінь на межі двох середовищ може або відбиватися, або заломлюватися, а всередині середовища - поглинатися або проходити крізь нього. Все це описується відповідними коефіцієнтами: поглинання, заломлення, відбивання та проходження. Алу і його колезі з Пенсільванського університету Надер Інгете прийшла в голову думка порахувати, що відбудеться, якщо середовищ декілька і відповідні коефіцієнти у них різні. Ось, наприклад, є ідеальний провідник сферичної форми, оточений шаром діелектрика з нульовим поглинанням. Здавалося б, оптичний розмір провідника з діелектриком повинен стати більшим, ніж тільки у самого провідника. Так воно і буває майже завжди, але все ж таки можливі винятки. Розрахунок показує: якщо діелектрична проникність зовнішнього шару менше одиниці або взагалі негативна, то оптичний розмір всієї конструкції зменшиться.

Звичайно, створити матеріал, діелектрична проникність якого була б меншою від діелектричної проникності вакууму, не так-то просто. Але такою властивістю володіє, наприклад, плазма. Відповідно, ним володіє і майже будь-який метал, оскільки електронний газ, що гуляє всередині кристалічної решітки, - це та ж плазма. Проблем тут дві: по-перше, метал - провідник, а не діелектрик, по-друге, діелектрична проникність залежить від частоти і стає меншою від проникності вакууму тільки поблизу так званої плазмової частоти, яка знаходиться далеко за межами видимого світла. От якщо б ховатися треба було не від блакитного, а від ультрафіолетового ока...

Отже, завдання з суто фізичної точки зору звелося до технологічного - знайти матеріал, який був би одночасно і провідником, і ізолятором, а свої металеві властивості виявляв би при дуже низьких частотах електромагнітних коливань. Алу та Інгета вирішували завдання методом чисельного моделювання. До того ж вони з'ясували, що схожі завдання вирішували ще півтора десятиліття тому в різних країнах. Шуканим середовищем виявився прозорий ізолятор з включеннями металевої тирси певного розміру і форми. Результати своїх досліджень Алу та Інгета опублікували в журналі «Science». Вони назвали такий пристрій «плазмонним щитом».

Діелектричні середовища із включеннями в них металевої тирси називаються метаматеріалами і давно вже вивчаються. Тому відразу після статті в «Science», кореспонденти BBC звернулися до Джона Пендрі, фізика-теоретика з Лондонського імперського коледжу, який вважається одним з найбільших фахівців в цій області і навіть отримав за свої ранні роботи лицарське звання: «метаматеріали мають унікальну здатність керувати світлом , - сказав їм сер Джон. - Вони можуть утримувати його всередині обмеженого об’єму, так що помітити викривлення світлових променів практично неможливо». Проблема невидимості його теж цікавить вже давно, і він займається нею спільно з Девідом Р. Смітом і Девідом Шурігом з Університету Дьюка в Даремі, штат Північна Кароліна. За його словами за допомогою таких матеріалів можна зробити невидимими літаки, танки, автомобілі і навіть цілі будинки. Проблема тільки в тому, що їх не можна зробити однаково невидимими у всьому діапазоні частот. Тому в першу чергу дослідників цікавить, як приховати все перераховане від радарів і локаторів, що працюють у радіодіапазоні, що розчарує бажаючих мати власний плащ-невидимку.

Проте і у них є свій шанс: «Існує взаємозалежність між тим, якої товщини плащ Ви дозволите мені виготовити, і тим, який діапазон частот я зможу забезпечити, - пояснив далі сер Джон журналістам. - Якщо плащ буде досить товстий, він зможе бути і досить широкосмуговим». При цьому він натякнув, що вартість такого плаща може виявитися порівнянною з бюджетом, який виділяється на всі наукові дослідження в Англії. Але він промовчав про те, наскільки все-таки цей плащ повинен бути товстий і важкий, чи реально буде його надіти.

Але в цілому старий постулат, відомий нам зі шкільної лави, залишається незмінним: той, хто хоче щось бачити і знати не зможе бути цілком невидимим. Щось таки залишиться стирчати - або очі, або вуха. А невидиме в радіодіапазоні буде добре помітне в ультрафіолетових променях.

За матеріалами sciencemag.org.

Коментарі:

blog comments powered by Disqus