Юный техник, 2009 № 12 - [8]
Так, ткани из хлопка оказались наиболее простыми в обработке: для их «пропитки» можно применять мелкие нанокристаллы в небольшом количестве. В то же время шерсть или шелк оказались гораздо более сложным материалом, они требуют нанокристаллов большего размера в больших количествах.
Тем не менее, специалисты считают, что функция самоочищения сначала найдет себе применение в медицинских учреждениях, где всегда есть необходимость в стерильности, а затем распространится повсеместно.
В. ВЛАДИМИРОВ
Обмундирование для «призраков» скоро будет готово
Много раз читал в «Юном технике», что ученые вплотную подошли к созданию метаматериалов и устройств, способных делать предметы не видимыми глазу. Но созданы ли уже первые «шапки-невидимки»?
Алексей Безродный, г. Тамбов
Мы и в самом деле уже не раз рассказывали вам об удивительных свойствах метаматериалов. Время идет, ученые работают и сообщают все новые подробности о своих разработках, но начать стоит с истории.
Еще в 1660 году французский математик Пьер Ферма (тот самый, что сформулировал условия своей знаменитой теоремы, которую удалось доказать лишь недавно, спустя 300 с лишним лет) выдвинул еще один постулат: он предположил, что луч света всегда выбирает кратчайший путь, то есть движется по прямой. А если встречается препятствие, часть лучей света рассеивается, часть отражается, благодаря чему мы и видим изображение предметов.
Но что, если изменить свойства участка пространства таким образом, чтобы световые лучи стали огибать его, считая именно этот путь самым коротким?
Уподобим окружающее нас пространство некой ткани, в которой составляющие ее волокна представляют собой траектории световых лучей. В обычном состоянии лучи идут прямо, как нити в полотне. Если же аккуратно раздвинуть волокна, не повреждая их, получится дырка — пустой участок, куда лучи света не попадают вообще. И любой объект, попавший в такую дыру, покажется невидимым.
Искривлять световые лучи ученые уже научились. Например, достаточно загнать их внутрь оптического волокна, и хоть в узел завяжи — луч света все равно не выйдет за его пределы.
Но можно ли проделать подобный «фокус» в пространстве?
Посмотрите хотя бы на карандаш, опущенный в стакан с водой. Видите, на границе воды и воздуха карандаш будто изломан, хотя на самом деле он цел-невредим. Такой обман зрения обеспечивает преломление света на границе двух сред — воздуха и воды.
Коэффициент преломления материала показывает, насколько луч отклоняется от прямой, когда переходит из одной среды в другую. Он определяется диэлектрической и магнитной проницаемостью вещества. Подобрав вещества с определенными значениями этих двух параметров, можно, что называется, «поиграть» со светом, создавая странные эффекты.
Впрочем, чтобы создать «шапку-невидимку», придется соблюсти две тонкости. Во-первых, необходимо, чтобы луч света изгибался плавно. А для этого нужно, чтобы параметры среды менялись постепенно. Во-вторых, чтобы добиться невидимости, нужны материалы, у которых и диэлектрическая, и магнитная проницаемость меньше единицы.
В природе таких материалов просто нет, их пришлось создавать искусственно.
Впервые о возможности создания метаматериалов с необычными, заранее заданными качествами, как мы писали, еще в 1967 году заговорил советский физик Виктор Веселаго, сотрудник Института общей физики имени А.М. Прохорова РАН.
Теоретики наши и по сей день на высоте — вспомним хотя бы о разработках ульяновского профессора Олега Гадомского, несколько лет назад опубликовавшего еще одно сенсационное исследование подобных материалов — он доказал возможность получения эффекта невидимости в тонких золотых пленках. А вот с практикой дело сложнее.
Впервые создать метаматериал с определенными свойствами удалось в 2000 году американцам. Шесть лет спустя группа ученых США и Великобритании под руководством профессора Дэвида Смита сконструировала и прототип устройства, которое могло скрыть объект от микроволнового излучения.
Первая в мире «шапка-невидимка» представляла собой десяток вложенных друг в друга цилиндров из печатных плат с «вставленными» в них резонансными элементами. В самый маленький цилиндр исследователи спрятали медный стержень. Затем всю конструкцию «прощупали» электромагнитным излучением, наблюдая за его отражением. Устройство действительно создавало иллюзию пустого пространства.
Правда, выявились и слабые места конструкции. Во-первых, «шапка» оказалась более-менее эффективной только для очень узкого диапазона электромагнитных волн (8,5 гигагерца), а при малейшем изменении частоты эффект тут же исчезал.
Во-вторых, «шапка-невидимка» сильно поглощала излучение. Электромагнитная волна, прошедшая через оболочку, на выходе теряла почти всю энергию. Если бы речь шла об оптическом диапазоне, наблюдатель увидел бы либо очень слабое изображение предмета, который должен находиться за «шапкой-невидимкой», либо просто темное пятно.
Тем не менее, начало было положено. И вскоре та же группа ученых разработала уже не «шапку», а скорее «плащ-невидимку». Вместо экрана из диэлектрика, который должен скрывать предмет полностью, исследователи предложили сделать на нем покрытие из проводящих материалов. Если объект спрятать под такую «накидку», то лучи будут отражаться от него, словно от плоской поверхности. А значит, хотя сама «накидка» и будет видна, наблюдатель не узнает, что за ней спрятано.
