|
Странная наука о настоящих костюмах-невидимках
|
|
|
|
В научной фантастике уже давно существуют определенные образы, которые, кажется, навсегда остались за горизонтом и за пределами нашего понимания. Межзвездные путешествия, телепортация, путешествия во времени, жизнь в других мирах — все это всегда оставалось фантазиями, которые кажутся навсегда недостижимыми и отнесенными к области фантастики. Еще одна такая технология, которая может претендовать на место в этих рядах, — это технология невидимости, при которой человек может просто исчезнуть и передвигаться беспрепятственно и незамеченным. Идея восходит к далекому прошлому, но, хотя она всегда казалась просто еще одной фантастической частью недостижимой технологии, многие работали над тем, чтобы воплотить ее в жизнь. В классическом романе Герберта Уэллса 1897 года «Человек-невидимка» ученый по имени Гриффин посвятил свою жизнь исследованию способа сделать себя невидимым с помощью химических веществ, способных сделать так, чтобы тело не поглощало и не отражало свет.
|
|
|
|
Он успешно делает это, а затем должен справиться с последствиями неспособности изменить себя обратно, в то время как его разум ускользает, и он становится все более опасным и жестоким, поскольку он использует в своих интересах свои новые нестабильные силы. В то время, когда роман был опубликован, это была новая и захватывающая идея о том, что может быть этот невидимый человек, по сути, живой призрак, и это привело к популярности романа и помогло сделать Уэллса «отцом научной фантастики». За прошедшие годы «Человек-невидимка» был снят в нескольких фильмах, последний из которых — в одноименном фильме Ли Уоннелла 2020 года, но возможно ли что-либо из этого на самом деле, и может ли когда-нибудь существовать настоящий невидимый мужчина или женщина, угрожающие нам? Ответ на этот вопрос заключается в том, что это, казалось бы, действительно вполне возможно.
|
|
|
В оригинальном рассказе Герберта Уэллса Гриффин достигает своей невидимости, используя химическую смесь для изменения показателя преломления своего тела, то есть меры того, насколько путь света изгибается или преломляется при входе в материал, а также насколько скорость прохождения света через материал и количество отраженного света. Простой способ увидеть этот эффект — погрузить объект наполовину в воду и посмотреть, как объект кажется согнутым, смещенным или искаженным. Все объекты, которые мы видим, имеют положительный показатель преломления, но если бы у материала был отрицательный показатель преломления, то теоретически он полностью искривлял бы свет вокруг себя, делая его невидимым. Хотя использование экзотических химикатов в виде инъекций или зелий является довольно волшебным способом сделать это и отражает непонимание науки того периода времени, когда вышел роман Герберта Уэллса, на самом деле у него была довольно верная основная концепция, поскольку преломление и искривление света — один из ключевых способов достижения настоящей невидимости.
|
|
|
|
Одним из способов создания настоящего, работающего костюма-невидимки было бы использование метаматериалов, то есть материалов, обладающих свойствами, не встречающимися в природе, с отрицательным показателем преломления, что было впервые выдвинуто еще в 1967 году Советским Союзом. физик Виктор Визелаго. Такой материал теоретически может создать плащ из метаматериала, который будет полностью преломлять свет вокруг носителя, заставляя его казаться исчезнувшим. Одним из ученых, пытающихся исследовать эту точку зрения, является физик и профессор электротехники и вычислительной техники в Университете Дьюка Дэвид Р. Смит, который вместе с коллегами Р.А. Шелби и С. Шульц смогли создать первый известный материал с отрицательным преломлением. Сам материал описывается как «решетка из полосок медной проволоки на печатной плате, демонстрирующая инвертированные оптические свойства в ответ на микроволновый луч», и команда продолжает разрабатывать и тестировать то, что они называют «трансформационной оптикой».
|
|
|
|
Одним из их достижений было полное отклонение микроволновых частот вокруг объекта на другую сторону, а также разработка метаматериалов, которые могут искажать или перенаправлять волны электромагнитных полей. Проблема с их исследованиями заключается в том, что, хотя они обеспечивают реальный, достижимый теоретический подход к возможному «плащу-невидимке», и им удалось согнуть микроволны, инфракрасное, рентгеновское, ультрафиолетовое и радиоизлучение, они еще не сделали этого. удалось преломить свет в видимом спектре, что, конечно же, является тем, что мы видим на самом деле и что необходимо для достижения истинной невидимости Трудность заключается в том, что наш видимый спектр состоит из многих длин волн всех различных цветов, которые мы Хосе Асанья, исследователь волоконной оптики из Канадского национального института научных исследований, сказал об этом: На самом деле, когда мы видим объект, мы имеем дело с белым светом, поэтому он имеет все возможные цвета во всем спектре. Таким образом, «человек-невидимка», облаченный в одежду из метаматериалов, не уйдет далеко от лаборатории.
|
|
|
|
По сути, чем больше длин волн вы пытаетесь огибать вокруг себя, тем сложнее это становится, а с видимым спектром вы имеете дело с большим их количеством. Тем не менее, Смит считает, что в конечном итоге это препятствие вполне возможно преодолеть, и другие исследователи также изучают аналогичные метаматериалы, используя ту же концепцию искривления света вокруг объектов, чтобы сделать их невидимыми. Канадская компания Hyperstealth Biotechnology разработала метаматериал под названием Quantum Stealth, который позволяет создавать невидимость со всеми длинами волн видимого света, используя несколько иной подход к базовой концепции искривления света. В случае Quantum Stealth свет, идущий от фона с обеих сторон листа материала к зрителю, искривляется и искажается, создавая слепое пятно посередине. Гай Кларк, генеральный директор Hyperstealth и изобретатель Quantum Stealth, говорит об этом: Вы получаете фон, который слева от меня, появляется справа от материала, а фон, который справа от меня, появляется слева от материала. И в этой зоне перекрытия между этими двумя вы действительно можете скрыть цель посередине.
|
|
|
|
Проблема в том, что слепое пятно существует только в том случае, если зритель смотрит на него под определенным углом, с определенного положения и расстояния. Если они или невидимый человек или объект слишком сильно двигаются влево или вправо, заклинание разрушается, и они снова становятся видимыми. Другая проблема заключается в том, что Quantum Stealth представляет собой экран из тонкого материала, за которым спрятан объект или человек, а это означает, что в настоящее время его нельзя носить, как настоящий плащ-невидимку, и совершенно очевидно, что экран все еще там, хотя то, что находится за все равно полностью исчезает. Тем не менее, Кларк считает, что будущие версии Quantum Stealth исправят эти проблемы и позволят использовать настоящий плащ-невидимку. Вы можете посмотреть видео Quantum Stealth в действии здесь.
|
|
|
|
Аналогичный эффект был обнаружен с помощью более низкотехнологичных методов исследователями из Университета Рочестера, которые обнаружили, что, просто разместив четыре линзы на правильном расстоянии друг от друга, они образуют «слепое пятно», где свет огибает объект, заставляя его исчезнуть. . Однако снова он работает только под определенным углом или с определенного расстояния на неподвижном объекте, иначе иллюзия разрушается. Вы можете увидеть эффект четырех линз в действии здесь. Другое другое вращение искривляющих длин волн света называется «спектральной маскировкой», при которой метаматериал пропускает только определенные электромагнитные длины волн, после чего они модулируются и впоследствии возвращаются к исходным длинам волн. Теоретически это создаст невидимость, потому что падающий свет никогда не будет взаимодействовать с тем, через что он проходит, и, следовательно, не будет отражаться от него, создавая отрицательный показатель преломления. Однако, опять же, это работает только под определенными углами на статических объектах. Еще один метод, позволяющий сделать объекты невидимыми, называется «плазмонная маскировка» и предполагает модулирование взаимодействия света и металлических наноструктур для создания электрических токов, делающих объекты невидимыми. В 2012 году инженеры Стэнфордского университета продемонстрировали этот эффект, покрасив кремниевые нанопроволоки полупроводника золотом, после чего свет от металла и кремния нейтрализовал друг друга, сделав устройство фактически невидимым. Проблема с этим методом заключается в том, что до сих пор таким образом исчезали только очень маленькие объекты, и он не представляется возможным для более крупных объектов или людей. Итак, любой сумасшедший учёный, читающий это, может прямо сейчас спросить, какие ещё варианты у меня есть, чтобы заставить мой костюм-невидимку выйти из-под контроля? Что ж, рассмотрим еще один вариант.
|
|
|
|
Один из способов — так называемый «активный камуфляж» или «оптический камуфляж», и основная концепция проста: вы просто используете камеры и оптику, чтобы проецировать то, что находится позади вас, на переднюю часть и наоборот. Это похоже на то, что делают каракатицы и хамелеоны, проецируя фоновые цвета на переднюю часть через хроматофорные клетки. Вы можете добиться этого эффекта дома, используя два планшета или смартфона, один из которых обращен вперед, а другой — назад. Тот, что сзади, снимает изображения на камеру, которые он показывает на планшете лицом вперед, и наоборот, и вуаля, все, что находится между ними, будет эффективно невидимым при просмотре под определенным углом. Идея активного камуфляжа заключается в создании костюма, покрытого OLED-пикселями и массивом 360-градусных камер, позволяющих отображать на поверхности костюма в реальном времени видео мира вокруг владельца. Это заставит все вокруг владельца проецироваться на противоположную сторону и сделает его невидимым со всех сторон и даже во время движения, но у этой технологии все еще есть препятствия.
|
|
|
|
Основными проблемами здесь будут разрешение, источник питания и вычислительная мощность. Массиву потребуется не только большое количество энергии для работы в течение любого заметного промежутка времени, но и компьютерная система должна будет обрабатывать огромное количество информации в режиме реального времени одновременно без задержек, чтобы это выглядело правдоподобно. что пиксели должны иметь невероятно четкое разрешение, чтобы по-настоящему обмануть глаз наблюдателя и заставить его думать, что там ничего нет. В результате, скорее всего, костюм будет меньше похож на идеальный плащ-невидимку, а будет больше похож на мерцающий, расплывчатый мерцающий эффект невидимости, создаваемый охотником за инопланетянами в фильме «Хищник», особенно в движении. Он все еще может быть полезен в условиях низкой освещенности или на хаотичном фоне, таком как джунгли, но все еще далек от того, чтобы позволить человеку просто вальсировать по комнате, полной людей, не будучи замеченным, и, вероятно, он очень быстро разрядится. Тем не менее, прототипы активного камуфляжного костюма в настоящее время разрабатываются и испытываются военными и другими исследователями, так что может наступить время, когда эти вопросы будут решены.
|
|
|
|
Итак, остается вопрос, сможем ли мы когда-нибудь создать идеальные, полностью функциональные костюмы-невидимки, подобные тем, что были в фильме «Человек-невидимка» 2020 года? Его уже где-то тайно разработали? Хотя, насколько нам известно, в настоящее время это находится вне нашего понимания, вполне возможно, что эта технология осуществима и находится в пределах научных возможностей. Тем не менее, некоторые исследователи не согласны с тем, что технология возможна с тем, что у нас есть сейчас, и что она вполне может навсегда остаться научно-фантастической фантастикой без каких-либо серьезных новых достижений в области технологий. Андреа Алу, профессор электротехники и вычислительной техники Инженерной школы Кокрелла Техасского университета в Остине, провела исследование возможности маскировки больших объектов и людей и рассказала о фундаментальных ограничениях, которые они обнаружили:
|
|
|
|
Возникает вопрос: «Можем ли мы сделать пассивную маскировку, которая делает невидимыми объекты человеческого масштаба?» К сожалению, ответ, по-видимому, «нет». Мы показали, что невозможно резко подавить рассеивание света танка или самолет для видимых частот с доступными в настоящее время методами, основанными на пассивных материалах. Если мы хотим выйти за рамки характеристик пассивной маскировки, есть и другие варианты. Наша группа и другие исследователи изучают методы активной и нелинейной маскировки, на которые эти ограничения не распространяются. Даже с активными плащами теория относительности Эйнштейна фундаментально ограничивает максимальную производительность невидимости. Тем не менее, с новыми концепциями и конструкциями, такими как активные и нелинейные метаматериалы, можно двигаться вперед в поисках прозрачности и невидимости.
|
|
|
|
Как бы то ни было, обещание истинной невидимости слишком хорошо, чтобы отказываться от него, и его продолжают активно преследовать, особенно в связи с его очевидным возможным военным применением. По мере разработки новых концепций и метаматериалов, кто знает, как далеко мы можем продвинуться с такой технологией или как далеко кто-то уже продвинулся? Это довольно странный, захватывающий и немножко пугающий путь исследований и технологий, который кажется неизбежным, и независимо от того, возможен он в конечном счете или нет, скорее всего, найдутся те, кто продолжит исследования и преследовать его.
|
|
|
|
Источник
|
