Учёные узнали секрет «шапки-невидимки»

Результаты нового исследования показали, что невидимость – никакая не выдумка и даже не научная фантастика. Скажем больше: еще в апреле исследователи разработали уникальную световую волну, которая при прохождении через объект делает объект невидимым для камер и даже человеческого глаза!
Чтобы найти волшебную световую волну, команда направила свет на непрозрачный слой случайно расположенных наночастиц оксида цинка. Они рассчитали, как рассеивается свет порошком оксида цинка и как он рассеивался бы, если бы порошка там вообще не было. «Каждый из этих паттернов световых волн изменяется и отклоняется очень специфическим образом, когда вы посылаете его через неупорядоченную среду», – пояснил профессор Стефан Роттер из Института теоретической физики в официальном заявлении.

Ученые обнаружили необычный способ превращения твердых объектов в невидимые с помощью рассеяния световых волн

Как сделать невидимым твердый объект?

Причина, по которой мы видим тот или иной объект, заключается в рассеянии световых волн, отражающихся от источника света на предмет, а затем в человеческий глаз. Недавно ученые нашли способ сделать твердые объекты невидимыми, причем довольно странным образом – заставляя световые волны проходить сквозь непрозрачные материалы, как будто их там вообще не было.
Исследования, проведенные в Венском техническом университете и Утрехтском университете, позволили рассчитать конкретную разновидность световой волны, которая может проникать в объект. Хотя можно подумать, что все световые волны одинаковы, это не так.
Особые световые волны, похоже, бросают вызов законам отражения света. Специально созданный луч света не изменялся объектом, через который он проходил – только слегка приглушался, что приводило к почти идеальной невидимости.

Исследование означает, что ученые могут не только смотреть на то, что находится за объектом, но и сквозь него

Уникальные световые волны

В ходе эксперимента профессор Роттер и профессор Аллард Моск использовали слой непрозрачного порошка оксида цинка – наночастицы, расположенные случайным образом – и точно рассчитали, как рассеивается свет через неупорядоченную среду и как бы он рассеивался, если бы порошка там вообще не было.
Обладая полученными знаниями, исследователи обнаружили, что определенный тип световой волны («инвариантные к рассеянию световые режимы») был зарегистрирован детектором на другой стороне слоя непрозрачного порошка оксида цинка точно таким же образом – хотя и немного слабее, чем при отправке световых волн.
Более того, существует теоретически неограниченное количество световых волн! Это означает, что, хотя их трудно вычислить, их можно найти.
Эта новая разработка может оказаться полезной для процедур визуализации в биомедицинских приложениях. «Одним из аспектов, который нас очень волнует, является тот факт, что световые поля, которые мы ввели в нашу работу, кажутся особенными не только в паттернах выходного поля, которые они создают за объектом, но и внутри него», – рассказал профессор Роттер в интервью The Independent.

Видимые и невидимые волны света, а также области их применения

Особенность, заключающаяся в том, что эти поля напоминают поля в свободном пространстве, может быть очень полезна для глубокого изучения материалов с высоким рассеянием, с которыми, как правило, очень сложно работать, – пишут авторы научной работы.
Как добавил профессор Роттер, в этой области необходимы дальнейшие исследования, поскольку развитие подобной невидимости твердых тел потенциально может привести к решению некоторых проблем медицинского характера. И непосредственно сделать невидимым человека сегодня, конечно, нельзя – биологические системы полны движения, например, та же кровь, которая течет по телу. Это затрудняет вычисление закономерностей, необходимых для прохождения света через объект, так как измерения должны выполняться быстрее, чем масштаб самого движения.
И все же данные полученные в ходе эксперимента уже сегодня могут помочь ученым, которые хотят изучать более мелкие структуры, такие как клетки, к тому же, профессор Роттер считает, что это только вопрос времени – когда измерительные инструменты станут достаточно быстрыми и дешевыми, чтобы открыть целый мир новых возможностей.

Человеческий глаз воспринимает лишь малую часть видимого спектра

Нельзя не отметить, что открытие Роутера и его команды являются ошеломительным. Ведь теперь мы правда можем заставить предметы буквально исчезать из виду, а затем появляться вновь. Более того, с помощью трюков камеры ученые могут делать снимки того, что находится за объектом, а затем проецировать волны на поверхность объекта, заставляя его как бы исчезать. К счастью, они также работают над чем-то более приземленным: например, способами изгибать свет вокруг объекта, по сути, заставляя его исчезать, или просто рассеивать свет, скрывая объект из виду.

Квантовая «невидимость»

Готовы удивиться еще сильнее? В 2019 году канадская биотехнологическая компания Hyperstealth разработала (и запатентовала) материал под названием «квантовая невидимость». Так, если надеть этот материал, то вы и правда станете человеком-невидимкой! Но только под определенным углом – с которого он просматривается, к тому же, скрытый объект должен быть расположен на определенном расстоянии.
Интересно, что основы для этой суперткани были заложены еще в 2010 году, теперь же широкая публика может этим изобретением наслаждаться. Ну как широкая – униформы, которые разрабатывает компания, используются в армиях Канады, США, Индии, Словакии, Новой Зеландии и Иордании.

В будущем камуфляж у военных станет частично невидимым

В пресс-релизе содержится информация об особенностях работы «квантовой невидимости». Главная технология, позволяющую использовать новый «плащ-невидимку» – это похожий на пластик материал. Он-то и обеспечивает «невидимость».
Лучи света, попадая в микроскопические линзы, рассеиваются и смываются. Таким образом, все, что находится на определенном расстоянии позади материала становится неразличимыми. Этот новый вид материала не только изгибает лучи в видимом спектре, но также в ультрафиолете и инфракрасном свете, – отмечают создатели материала.
Интересно, что в патенте описано 13 различных вариантов материала, способных работать в разных условиях. Вот только широкой общественности особенности конструкции новой технологии не раскрываются. (Зато теперь полицейские, вероятно, смогут скрываться за невидимыми щитами).


Новый материал делает вас невидимым под определенными углом

Безусловно, нам с вами предстоит еще долгий путь, прежде чем шапки-невидимки можно будет заказать на дом с доставкой (или плащ-невидимка в стиле Гарри Поттера), но благодаря открытию ученых из Австрийского университета Вены и Нидерландского университета Утрехта мы стали на один шаг ближе к мечте.