Научный прогресс воплощает миф в реальность

НАУЧНЫЙ ПРОГРЕСС ВОПЛОЩАЕТ МИФ В РЕАЛЬНОСТЬ

Довгий М.В.

Научный руководитель: Авдулова И.В,

ОБПОУ «Курский автотехнический колледж», г. Курск, Россия

Совсем недавно читая роман о Гарри Потерре, я задумался о том, а может все - таки мантия – невидимка существует? И решил попробовать найти техническое решение создания такого изобретения. Но вначале стоит разобраться, как устроена невидимость и в чем суть видимости. Наука, которая занимается этой областью, называется нанофотоника. Одна из областей этой науки изучает процессы, которые происходят между светом и нанообъектами. В вакууме или прозрачной среде лучи света распространяются по первому закону геометрической оптики – прямолинейно. Однако согласно другим законам оптики, при встрече с преградой луч способен отражаться, преломляться или же поглощаться.

Рис.1. – Получение изображение на сетчатке глаза.

И когда он попадает на сетчатку глаза, видоизменный луч, дает нам возможность видеть предмет.

Как оказалось, ученые многих стран приступили к разработке данного изделия. Были опубликованы теоретически обоснованные материалы, согласно которым существование такого изобретения вовсе не противоречит законам природы. Таким образом, плащ – невидимка – это устройство, делающее невидимым некий объект для всей шкалы электромагнитных волн. Причем угол обзора данного предмета наблюдателем никак не влияет на сам факт невидимости.

Рассмотрим способы стать невидимым.

Первый, основан на особых материалах, способных преломлять лучи. Такой материал изобрели ученые Беркли из Калифорнийского университета. Пока, что есть существенная недоработка в нем. Материал скрывает только микроскопические тела.

Применение экрана спереди и проекция на него всего, что находится сзади - еще один способ стать невидимым. В университете Дьюка специалисты создали систему маскирующих линз способные перенаправить свет и тем самым добились псевдоневидимости предметов. Но проблема в том, что это именно псевдоневидимость.

Метод невидимости, который применяют военные - это камуфляж или хамелеон. Вначале форма военных была насыщенных цветов с яркими аксессуарами, но постепенно стало понятно, что она должна сливаться с окружающей природой. И над этой задачей до сих пор трудятся специалисты с переменным успехом. Ведь задача усложнилась, надо укрывать не только солдат, но и технику. Канадская компания Hyperstealth разработала камуфляжную ткань способную быть невидимой для человеческого глаза. Но пока результат таков, что человек одетый в эту ткань не видим для тепловизоров и не отбрасывает тень.

Щит из радиоволн – заключающий способ невидимости. И световые лучи и радиоволны - это электромагнитные колебания определенной длины. Средневолновые способны огибать небольшие препятствия, длинноволновые огибают всю Землю. А солнечный луч, совмещенный с радиоволной также способен огибать препятствия. И чтоб добиться этого, необходимо выполнить расчет, а именно рассчитать длину волны и соотнести ее с размером объекта.

Более детально остановимся на материале способным стать плащом-неведимкой. Он состоит из двух слоев. Первый слой - это фторид магния, который применяется в повседневной жизни для создания оптических линз. Второй слой состоит из антенн, при попадании света на которые их электроны начинают колебаться и тем самым рассеивать световые лучи, но сохранять интенсивность. Материалом для таких антенн может служить медь, серебро, золото. В случае правильного расположения антенн можно подогнать свет так, чтоб он не содержал информацию о скрываемом объекте. А наблюдатель видел только плоскость, сливаемую с окружающей средой. Обман можно открыть, только пощупав предмет.

Техасские ученые из Далласса применили углеродные нанотрубки, способные стирать предметы. В основе лежит эффект миража или точнее фототермического преломления. К цилиндрическим молекулам с высокой теплопроводностью подключается напряжение, а затем убирается. И тем самым объект то появляется, то исчезает, так как материал, то нагревает, то остывает. Единственная проблема то, что объект должен быть в воде.

Подобная разработка кроме помощи военным может далеко продвинуть вперед 3D технологии. Ведь если материал может сделать объемный объект плоским, то и наоборот это система работает.

В итоге ученые столкнулись с двумя проблемами. Первая, как сделать предмет невидимым не только в плоскости, но в пространстве. И вторая -получить невидимость для большего диапазона электромагнитных волн, продвигаясь ближе к оптическому.

Совсем недавно в журнале Science вышла работа ученых из Англии и Германии, которая попыталась решить проблемы, описанные выше, и был создан прототип плаща работающего в целой полосе инфракрасного излучения. Для его создания был выбран материал, основанный на фотонных кристаллах. Такой кристалл имеет кристаллическую структуру, причем в нем такие величины как диэлектрическая и магнитная проницаемость меняются, строго по периодическим законам.

Далее была создана анизотропия преломления путем представления кристаллов в виде пучка стержней в пространстве, между которыми расположен полимер. Синтез такого кристалла составляет до 3 часов, поэтому выполненная конструкция достаточно миниатюрна. Опыты проводили с золотой пластиной толщиной 150 нм, посередине которой сделали выступ в форме арки, шириной 13 мкм. Облучая пластину без невидимого материала, распределение интенсивности инфракрасного излучения было неоднородно. А когда укрыли пластину материалом, то неоднородностей интенсивности света не было выявлено.

Рис. 2. - Пространственное распределение интенсивности отраженного от золотой пластины инфракрасного света.

При дальнейших исследованиях оказалось, что диапазон невидимости составляет от 1400 до 2700 нм. И угол обзора выступа не должен превышать 60⁰. Но важность исследований в этой области нельзя недооценивать. Во-первых, объект был скрыт для целого диапазона волн, причем очень близкого к оптической зоне. Во-вторых, объект был спрятан в пространстве, а не лишь в плоскости. Причем размеры плаща не имеют значения, создать можно любых размеров.

Подведем итог, технический прогресс не стоит на месте. Он делает сказку – былью. Конечно плащ – невидимка в полной мере не может быть, пока, создан. Существует еще некоторые недоработки, которые требуют устранения.

Список литературы

1. https://steepmen.ru/plash-nevidimka/ (дата обращения 19.02.2021г.)

2.https://www.iguides.ru/main/other/magiya_v_realnoy_zhizni_uchenye_sozdali_plashch_nevidimku/ (дата обращения 19.02.2021г.)

3. https://www.adme.ru/sitenews/kitajcy-izobreli-plasch-o-kotorom-mechtalo-navernoe-vse-chelovechestvo-1690465/ (дата обращения 19.02.2021г.)

4. Tolga Ergin, Nicolas Stenger, Patrice Brenner, John B. Pendry, Martin Wegener. Three-Dimensional Invisibility Cloak at Optical Wavelengths // Science. Published online March 18, 2010. DOI: 10.1126/science.1186351. (дата обращения 19.02.2021г.)