1.    
  2.    
  3.     Як працює плащ-невидимка?

Як працює плащ-невидимка?

 

Можливість за своїм бажанням ставати невидимим століттями входила в першу трійку найбільших людських бажань поряд з польотами і здатністю бачити те, що далеко. Сьогодні це більше не сюжети з казки: у нас вже є літаки, орбітальні станції, телебачення і інтернет. Створенням реального плаща-невидимки вчені зайнялися лише чверть століття тому, однак за такий короткий проміжок часу вони встигли знайти відразу кілька технічних рішень цієї задачі.

Для того щоб зрозуміти, що таке «невидимість», необхідно спершу розібратися, що таке «видимість». У вакуумі або в прозорому середовищі промені світла поширюються прямолінійно. Однак, якщо промінь зустрічає перешкоду, він трансформується – відбивається, заломлюється, поглинається. Потрапивши в людський очей, такий видозмінений промінь і дозволяє нам «бачити». Сказане справедливо для непрозорих предметів, але зате проходячи через тонке скло, промінь світла майже не зазнає змін і тому практично невидима перепона.

Уявіть собі тонкий струмінь води, що падає вертикально вниз. Підставимо під струмінь м’ячик від настільного тенісу. Вода, потрапивши на кульку, стече по його поверхні, а знизу знову перетвориться таку ж тонкий струмінь. І дивлячись на неї, можна подумати, що струмінь не зустрічала жодної перешкоди. Отже, для створення плаща-невидимки необхідно зробити так, щоб будь-який промінь, що впав на людське тіло, не трансформувався, а продовжував свій шлях у тому ж напрямку, з тією ж яскравістю і спектральної частотою, ніби він пройшов через тонке скло. Які ж технології дозволяють перетворити теорію в практику?

Метаматеріал Quantum Stealth

Плащ-невидимка не повинен змінювати властивості предмета – він просто спрямовує промені світла в обхід і змушує стороннього спостерігача бачити тільки те, що знаходиться позаду. Сьогодні субстанції з такими властивостями вже є: це метаматеріали з негативним кутом заломлення, який змушує промені світла огинати об’єкт і робить його невидимим оку, приладів нічного бачення і тепловизорам, а також приховує тінь.

Піонером в області створення таких метаматеріалів став фізик Імперського коледжу в Лондоні, сер Джон Пендрі. У середині 90-х він припустив, що досягнення потрібного кута заломлення можливо не стільки за рахунок хімічного складу молекул, скільки за рахунок їх розташування. Вчений виходив з усім відомого факту: на межі середовищ хвилі можуть відбиватися або переломлюватися, а всередині середовища – поглинатися або проходити крізь неї.

У 2006 році професора Мічиганського університету Олена Сьомушкіна і Сян Чжан запропонували використовувати диаэлектрики: наприклад, одноосьові кристали, для яких характерне подвійне лучепреломление при всіх напрямках падаючого світла, крім одного. До дослідження підключилися фізики з Бірмінгема, і незабаром їм вдалося створити матеріал з кристалами нітриду кремнію на прозорій нанопористой основі оксиду кремнію. Проробивши в кристалах отвори нанометрового діаметра, вчені отримали гладке оптичне дзеркало, яке здатний приховувати об’єкти в видимому діапазоні.

Унікальний матеріал під назвою Quantum Stealth працює без камер, батарей, ламп і дзеркал, мало важить і, за словами розробників з компанії Hyperstealth, коштує недорого. Тим не менш, купити унікальну тканина поки не можна, адже спочатку вона була призначена для канадської, американської і британської армії. Військові та представники груп швидкого реагування почали тестувати Quantum Stealth у 2012 році. У квітні 2014 року Hyperstealth оголосила про запуск комерційного варіанту свого плаща-невидимки: Hyperstealth INVISIB, який повинен з’явитися у продажу вже в цьому році.

Гардероб з кальмарів

Здатність каракатиць, кальмарів і восьминогів ставати невидимими у воді дозволила вченим з Університету Каліфорнії та Університету Дьюка створити «плащ-невидимку» для морських піхотинців. Втім, він не зробить їх в буквальному сенсі невидимими, за дозволить геніально маскуватися на тлі навколишньої місцевості, буквально розчиняючись в пейзажі.

Фахівці використовували білок з шкіри кальмара лонгфин (Loligo pealeii) під назвою рефлектин, здатний підлаштовуватися під світло з різною довжиною хвилі. Вони виявили, що в тканинах чергуються шари клітин з високим і низьким показником заломлення. Зменшуючи і збільшуючи відстань між шарами, кальмар «відображає» світ різного діапазону і змінює колір.

Щоб відтворити цю здатність, вчені помістили шар цього білка на оксид-графенових і діоксид-силіконову плівку. Поперемінно обробляючи матеріал водяною парою і розчином кислоти, вони змогли змусити шар білка розширюватися і опадати, змінюючи колір. Це лише перший етап роботи, але вже немає сумнівів, що поява унікальної новинки – лише питання часу.

Щит із радіохвиль

Світлові промені та радіохвилі мають одну і ту ж природу – це електромагнітні коливання. Різниця полягає лише в довжині хвилі. У видимого світла вона вимірюється частками міліметра, а радіохвилі можуть бути в кілька кілометрів завдовжки. Від довжини хвилі залежать і деякі фізичні якості. Наприклад, світло при звичайних умовах може огинати тільки можна порівняти з довжиною хвилі перешкоди. Середні хвилі можуть огинати людське тіло, будівлі та інші об’єкти. А довгі хвилі можуть обійти навіть земну кулю.

Однак промінь світла, поєднаний з радіохвилею, переймає частина її властивостей і теж починає огинати перешкоди. В історії відомо багато випадків зіткнення літаків з радіопередаючими вишками. Як правило, причина криється саме в цьому ефекті: при певній довжині хвилі деталі вежі втрачають візуальної чіткості. Льотчики скаржилися на те, що антени не було видно, чи мали розмиті контури.

Щоб домогтися подібного ефекту для людини, потрібно точно розрахувати довжину радіохвилі в залежності від розміру об’єкта. Досвідченим шляхом була виведена закономірність, згідно з якою світлові промені вільно огинають людське тіло, якщо воно саме випромінює потік радіохвиль з частотою 1456 кілогерц (+- 5%). Будь-який грамотний радіоаматор може стати невидимим за допомогою джерела живлення 1.5 В, котушки індуктивності, конденсатори і кріпляться до тіла клем.

Пристрій випробовувалося на багатьох людях з незмінним успіхом, однак незабаром з’ясувалося, що невидимість пробуджує в людях найкращі якості. Наприклад, Стів Р. з Бостона безкоштовно злітав в Європу, проникнувши невидимим в літак «Брітіш Аируэйз». Якийсь Марк А. взагалі не придумав нічого кращого, ніж викрасти портативний DVD плеєр з магазину, а через тиждень був арештований при спробі продати його. Мимоволі згадується супергеройська мудрість: «Велика сила – велика відповідальність»…

04.01.2017

Написати коментар