Как сделать вещи невидимыми
Невидимая ткань существует! Ученые нашли способ, как ее сделать
В народных сказках и фантастических произведениях часто фигурируют вещи-невидимки. Надевая такие предметы, герои становятся невидимыми для глаз человека. Но, оказывается, этот вымысел имеет под собой реальную основу. Невидимая ткань на самом деле существует. И именно из нее, видимо создавали шапки и плащи-невидимки в художественных фильмах. Ныне такой материал нашел практическое применение. Из него шьют маскировочные костюмы.
Ткань-невидимка с использованием белка рефлектина
Ученые университета Дьюка смогли создать невидимую ткань с частичками рефлектина. Ныне такая ткань используется для пошива маскировочных костюмов для морских пехотинцев.
Невидимая ткань Quantum Stealth
Канадская компания Hyperstealth освоила выпуск невидимой ткани Quantum Stealth. Это особый материал, который имеет свойство обводить вокруг объекта световые лучи. Если плащ-невидимку из такой ткани надеть на человека, то он исчезнет, сольется с горизонтом. На самом деле он никуда не денется. Просто лучи света будут преломляться тканью-невидимкой таким образом, что объект, находящийся под ней будет незаметен. Эффект этой технологии очень хорошо демонстрирует мужчина на видео.
Но, это еще не все достоинства невидимой ткани Quantum Stealth. Она еще умеет обманывать тепловизоры и приборы ночного видения. Еще более удивительное свойство такого материала, это то, что человек, надевший плащ-невидимку из нее, не отбрасывает тени.
Точная формула невидимой ткани Quantum Stealth держится в секрете. Ведь это стратегическое открытие. Благодаря своим уникальным свойствам, материал стал использоваться для пошива маскировочной одежды военным США, Англии, Канады.
Можно ли купить невидимую ткань в России?
Несмотря на то, что технологии невидимости в России известны давно, купить невидимую ткань у нас невозможно. Если вы придете в магазин и попросите продать отрез ткани-невидимки, то вашу просьбу примут, в лучшем случае, за шутку.
На самом деле советский физик Виктор Веселаго описал теоретически технологию такого материала еще в 1967 году. Он занимался исследованиями в области оптики материалов. По его теории, невидимая ткань стала бы реальностью, если бы удалось создать отрицательный угол преломления частиц света.
К сожалению, воплощены теории в Веселаго в жизнь были лишь в 2000 году американскими учеными. Широким массам о ней стало известно лишь после распространения в социальных сетях ролика, демонстрирующего возможности мантии-невидимки из особой квантовой ткани.
Невидимая ткань из Китая
Несмотря на то, что производство невидимой ткани засекречено, в китайских интернет-магазинах предлагается покупателям немало товаров-невидимок.
Загляните на Алиэкспресс. Там вы найдете невидимые наклейки для лица, пяток. А также стельки и нитки-невидимки. Если хорошо поискать, то вы найдете там даже плащ-невидимку.
Однако, не стоит строить слишком больших надежд на такие покупки. Под этой маркой вас, скорее всего, предложат силиконовые изделия. По отзывам покупателей, они далеки от настоящей технологии невидимости. И купить настоящую прозрачную квантовую ткань у вас вряд ли получится.
А как же ролики в интернете, демонстрирующие удивительные свойства материала из китайских посылок? Большинство из них обман, реклама товара или продавца. На самом деле эффект, который вы видите в видео, можно получить лишь при видео или фотосъемке через специальную программу.
С глаз долой: как физики делают вещи невидимыми
МОСКВА, 6 янв — РИА Новости, Ольга Коленцова. 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.
Найден способ сделать объект невидимым с помощью манипуляций светом
Невидимость — как и путешествие во времени, телепортация, левитация и сверхскорость — является предметом обсуждения научной фантастики с самого ее появления. Среди самых известных примеров — та невидимость, которую использовали ромуланцы в «Звездном пути», Гарри Поттер с помощью плаща и Фродо, чтобы пробраться в Мордор. Сотни, если не тысячи упоминаний невидимости встречаются в книгах и фильмах. На протяжении многих лет ученые придумывали интересные способы, чтобы скрыть объекты из поля зрения, только вот процесс в этих случаях был куда сложнее, чем демонстрирует научная фантастика.
Прежде чем мы сможем поговорить о, так сказать, научном плаще-невидимке, нам нужно понять отношение между светом и физическими объектами. Верьте или нет, но это отношение довольно простое. Когда мы смотрим на что-нибудь — будь это яблоко или машина — то, что мы видим, сводится к длине волны света, который отражает и поглощает объект.
В случае с Солнцем, скажем, его белый цвет связан с тем, что он поглощает все длины волн света. Тем не менее, с места в карьер, большинство людей скажет, что Солнце на самом деле желтое (но это уже совсем другое). Учитывая это, было бы нелишним спросить, можно ли сделать так, чтобы скрыть истинный цвет объекта или вообще сделать его невидимым?
Ответ куда интересней, чем кажется на первый взгляд: можно. Недавно французские ученые объявили, что нашли способ манипулировать светом таким образом, что крошечный непрозрачный объект будет совершенно прозрачным для человеческого глаза. Хотя звучит просто, на самом деле все намного сложнее.
Как это работает?
Методика, которую используют ученые, основана на квантовых эффектах. Такие вещи, как рэлеевское рассеяние, научили нас, что частицы света живут бурной жизнью, то и дело сталкиваясь с этим и тем по пути через пространство-время. Когда они вступают в контакт с молекулами и другими частицами материи, их составные части, то есть фотоны, отскакивают в разных направлениях под странными углами. Другие сложности возникают, когда мы добавляем дополнительные взаимодействующие атомы или молекулы в уравнение. В такой среде они называются квантовыми излучателями, и они чрезвычайно важны для многообещающей области квантовых технологий.
Когда один источник света вступает в контакт с другим излучателем, свет отскакивает и демонстрирует изменения в электромагнитном поле, приводящие к рассеянию фотонов, генерирующих еще более сложные волновые паттерны. Еще нужно не забыть о диполях — или квантовых излучателях с положительной и отрицательной стороной. Эта особенность, которая является результатом того, что излучатель обладает неравномерно распределенными электронами, может иметь серьезное влияние на электромагнитное поле. Электромагнитное поле каждого излучателя имеет важное значение.
В конечном счете все это часто порождает то, что называется диполь-дипольными взаимодействиями: комбинацией вещей, которые интенсивно рассеивают свет. И, как показали исследования, этот эффект можно использовать с целью манипулирования отражением света от поверхности.
Квантовый излучатель (представлен в виде голубого диска) взаимодействует с электромагнитным полем. Физики использовали диполь-дипольные взаимодействия в таких квантовых излучателях, чтобы сделать непрозрачные объекты прозрачными.
Более конкретно, ученые используют новую технику под названием DIET (диполь-индуцированная электромагнитная прозрачность), чтобы предотвратить отскакивание света от поверхности и отражение определенной длины волны, что по сути делает объект прозрачным в видимом диапазоне.
«Важность нашей работы заключается в открытии того, что очень субтильное явление (DIET) может быть использовано для управления распространением света в оптически активных средах, — рассказал соавтор работы Эрик Харрон, профессор Парижского университете в Орсэ, Франция. — Мы показали, как рассеивается свет в нанометрической системе, и этим эффектом можно управлять, чтобы сделать непрозрачный объект прозрачным на любой заданной частоте».
К чему это приведет?
Вся соль работы в том, что ученым нужно повторить свой успех на примере объекта большего, чем два атома в поперечнике (для справки, это чрезвычайно мало, если сравнивать с макромасштабами того мира, в котором мы живем). Тем не менее они уверены, что не только смогут проделать это с крупными объектами, но и обмануть наши глаза, не только сделав объект невидимым, но и окрасив его в другой цвет вообще.
Их работа также проливает свет (буквально) на способы, которыми мы можем сильно замедлить свет или вообще заморозить его. В первом случае это делается путем изменения траектории фотонов за счет взаимодействия частиц со средой. Преимущества такого прорыва слишком многочисленны, чтобы их перечислять, но безусловно — впереди предстоит еще много работы.
«В настоящее время наша цель состоит в том, чтобы перенести DIET на многоуровневую атомарную или молекулярную систему, — говорит Харрон. — Каждый излучатель будет вести себя как ряд осциллирующих диполей, таким образом открывая ряд окон прозрачности, что позволит нам вести более гибкую стратегию [манипуляций]».
Также ученые изучают методы замедления света на основе своих наработок.
Тайна человека-невидимки
Теперь, когда первая волна сенсационных заметок схлынула, можно поговорить об изобретении серьезно. Оно и вправду сенсационное, хотя в его названии нет ничего даже близкого ни к шапке, ни к мантии: «Способ преобразования частоты оптического излучения».
И если по поводу шапки-невидимки еще надо проводить дополнительные исследования, то к реализации идеи создания дисплеев нового поколения Гадомский со своими коллегами готовы приступить хоть сейчас. Были б только средства на это.
Более полугода он молчал и никому не рассказывал о своем открытии.
В общем-то желающие использовать его теорию уже есть. Сразу же после первых, пусть даже не очень точных публикаций звонили уже из Южной Кореи. Интересовались возможностями сотрудничества, спрашивали, сколько ему надо средств для продолжения исследований и проведения экспериментов. Предлагали вообще выкупить у него право на дальнейшие исследования.
На днях он получил письмо от группы ученых из Италии (Рим) и США (Пенсильвания), которые сообщают, что они тоже работают над теорией невидимости, изучая свойства нано-структур. И только что опубликовали свою статью об этом. Правда, на полтора года позже Гадомского. И хотя, по словам Гадомского, в своей теории они пока отстают, время поджимает.
Университет Токио, который занимается разработкой «оптического камуфляжа», сумел сделать мифический плащ-невидимку реальностью.
Как было продемонстрировано на Nextfest, выставке новых технологий в Сан-Франциско, вполне реально смотреть прямо сквозь человека, одетого в специальный плащ, и видеть очертания предметов за ним. Об этом пишет Independent в материале, перевод которого публикует Inopressa.ru.
В технологии «оптический камуфляж» используются бусины в виде мелких камер и экранов мини-прожекторов. Камеры передают данные на другую сторону плаща, и то, что видно со спины, передается на переднюю часть, и наоборот.
Технологии невидимости: 5 изобретений, которые позволят нам скрыться
Наталия Киеня
Невидимость веками была третьей мечтой человечества после полетов и способности видеть то, что далеко. Сегодня для первого есть самолеты, а для второго — телевидение и интернет. Какие технологии позволят нам научиться исчезать по собственному желанию в будущем? Кожа кальмара, отсутствующий небоскреб и —Т&P изучили разработки современных ученых, чтобы ответить на этот вопрос.
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 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.
Quantum Stealth: материал-обманщик
Канадская компания Hyperstealth специализируется на камуфляже и выпускает ткань Quantum Stealth. Этот мягкий материал обводит свет вокруг объекта и позволяет сделать его невидимым для глаз, приборов ночного видения и тепловизоров, а также скрывает тень. Материал работает без камер, батарей, ламп и зеркал, мало весит и, по словам разработчиков, стоит недорого. Тем не менее, купить его пока нельзя, ведь изначально эта ткань 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. Его свойства будут не такими удивительными, как у армейского аналога, однако исчезновений все равно можно будет добиться. Сейчас компания оформляет права интеллектуальной собственности на массовую версию разработки. Уже следующем году она, возможно, попадет на рынок.
Углеродные нанотрубки: эффект миража
Ученые из Университета Техаса в Далласе разработали технологию использования углеродных нанотрубок, которая позволяет «стирать» объекты. В ее основе лежит эффект миража, или фототермическое преломление. Чтобы заставить предмет «исчезнуть», специалисты используют цилиндрические молекулы углерода с высокой теплопроводимостью. Включая и выключая подачу тока, ученые нагревают и остужают материал, вынуждая предмет за ним появляться и пропадать. Основная проблема техасского изобретения, тем не менее, заключается в том, что для его работы скрываемый объект непременно должен находиться в контейнере с водой.
Исчезающий небоскреб: глаза наоборот
Американское архитектурное бюро GDS строит в Сеуле невидимый небоскреб Infinity. В высоту это здание будет достигать 450 м. Для строительства его создатели используют бетон и стекло, а невидимости планируют добиться за счет использования оптических видеокамер и дисплеев на фасаде. Камеры будут снимать то, что находится позади небоскреба, и транслировать изображение на его стены. Это создаст впечатление, что вы смотрите сквозь здание, а то и вовсе не видите его. Чтобы дисплеи смогли точнее отображать пейзаж, у Infinity будет три вертикальные секции, каждая с шестью сторонами. Правда, по углам, на стыке дисплеев, небоскреб все равно будет выглядеть заметным. До тех пор, пока мы не изобретем мягкие дисплеи достаточной прочности, устранить эту проблему не получится.
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 и 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?