Как видимое сделать невидимым?

Устройство невидимости, когда его изобретут?

невидимость

Идея невидимости давно используется в фантастических произведениях многих авторов (“Человек невидимка” Герберта Уэлса, “Гарри Поттер” и его мантия), поэтому к этому явлению люди уже относятся как к чему-то привычному и обыденному. 

Мы сейчас не будем говорить о мантиях-невидимках, которые содержат в себе камеры и проекторы, создающие эффект невидимости, если не смотреть на человека сбоку. А также кучу фейковых мантий-невидимок, спреев-невидимок. Только научные достижения, только хардкор.

Давайте сначала ответим на вопрос: “Почему свет проходит через газ и жидкость, а твердые тела (практически все) для него непрозрачны?” Ответ кроется в атомном строении всех веществ: в твердых телах расстояние между атомами намного меньше, чем в жидкости и тем более в газе. Поэтому свет не может пройти через плотные твердые тела, также как человек не может проскочить через замочную скважину.

Однако есть некоторые исключения. В идеальных кристаллах атомы расположены строго в определенных местах, образуя кристаллическую решетку, причем расстояния между атомами в разных направлениях могут отличаться, поэтому свет может проходить по таким “путям”, где расстояние между атомами достаточно большое (больше длины волны света).

анизотропия

Но если мы возьмем стекло, оно не является кристаллом, оно находится в аморфном состоянии (то есть атомы расположены хаотически). Для того, чтобы оно стало прозрачным, его сначала нагревают до большой температуры (близкой к температуре плавления), а затем резко охлаждают, поэтому стекло обладает многими свойствами жидкости. Не всякий предмет, который мы хотим сделать невидимым, можно расплавить и резко охладить. Да и не факт, что все получится.

Метаматериалы, как способ заставить свет огибать предмет

Одним из перспективных направлений в плане невидимости является создание “метаматериалов“. Уже давно созданы материалы, которые становятся невидимыми в микроволновом диапазоне (как известно и видимый свет, и микроволновое излучение – это волны, которые отличаются частотой колебаний и длиной волны). Метаматериал – это такое вещество, в которое внедрены маленькие частички-имплантаты, заставляющие микроволновые волны идти по определенному пути, по заданным каналам

Длина волны микроволнового излучения примерно равна 1-3 см. Поэтому если мы хотим, чтобы метаматериал искривлял путь микроволн, в него нужно внедрить частицы размером меньше 1 см. И уже существуют реальные метаматериалы со сложной структурой, состоящей из медной основы, керамики и композитных волокон, которые обводят микроволны вокруг предмета и делают его невидимым в микроволновом диапазоне.

невидимость

ОК, а что у нас с видимым светом?

У видимого света длина волны составляет примерно 500-800 нанометров (1 нм = 10-9 м), и чтобы сделать метаматериал невидимым, в него нужно внедрить частицы размером примерно 50-100 нм. То есть эти частицы должны состоять всего лишь из нескольких сотен атомов. В случае мантии-невидимки для искривления пути светового луча придется заниматься модифицированием отдельных атомов! Но это не является чем-то недостижимым, ведь в современных компьютерных процессорах уже создаются чипы размером 5 нм (IBM 2017 год). Чипы создаются по технологии нанолитографии. 

В 2007 года был создан метаматериал способный изменять путь прохождения красного света с длиной волны 780 нм (своеобразный рекорд). Ученые взяли лист стекла и нанесли на него тонкий слой серебра, затем слой фторида магния и снова слой серебра. Толщина слоя фторида магния составила 100 нм. Далее в нем вытравили множество отверстий диаметром 100 нм (почти в 8 раз меньше длины волны красного света). И следующие опыты были нацелены на то, чтобы создать метаматериал на этой основе, который сможет обвести красный луч вокруг предмета и сделает этот предмет невидимым для красного света.

В 2013 году ученые-материаловеды из Стэнфордского университета разработали совершенно новый тип метаматериала, который может делать предметы невидимыми практически во всем диапазоне видимого света. 

Существует много подходов к достижению невидимости, и новые открытия появляются чуть ли не каждый месяц. Если всего лишь за 6 лет удалось пройти от невидимости только в красном свете, до охвата практически всего диапазона видимого света. Глядя на все это, мантия-невидимка уже не кажется чем-то таким далеким и нереальным.


Anton

Автор блога