Плащ-невидимка от мира науки: прототипы и разработки

Вы наверняка размышляли о том, чем бы можно было заняться, имея возможность стать невидимым. Автор вообще осуждает Гарри Поттера за столь бездарное использование плаща-невидимки… Впрочем, мы живём во времена, когда фантастика становится явью, и возможно уже сейчас плащ-невидимка или его аналоги используются в реальной жизни.

Почему предметы вообще видны

Предположим, перед вами стоит ваша любимая кружка. Она вам видна по двум причинам:

1. Это достаточно большой объект, чтобы его различил человеческий глаз.
2. Поверхность кружки поглощает часть естественного света и отражает всё остальное.

Если вы видите красную кружку, это значит, что она поглотила все цвета спектра, но отразила красный. Белые объекты отражают максимум спектра, чёрные — минимум.

По той же причине и трава является зелёной: листья поглощают весь свет, кроме зелёного, — это энергия, которая не нужна растениям.

Станет ли объект невидимым, если поглотит весь свет?

Нет, потому что мы будем видеть бесконечно чёрную «блямбу» на его месте. В ночное время у него есть шанс быть незамеченным, но не при свете дня.

Кстати, именно такими объектами являются чёрные дыры. Силой своей гравитации они буквально насильно затягивают частицы света внутрь, поэтому астрономам так трудно обнаруживать эти объекты на фоне тёмной космической бездны.

На Земле пока не создали полностью чёрный материал. Сейчас ближе всего к этому Vantablack, который поглощает 99,965 % падающего света. Для сравнения даже самый чёрный уголь способен поглотить только 96% света.

Преломление света — ключ к невидимости

Объекты видны, потому что на них попадает и отражается свет. А что если найти способ заставить весь свет огибать нужный нам предмет, следовательно, и отражаться будет нечему? Теоретически — это действительно может сработать, и по этому принципу может быть разработан первый плащ-невидимка.

Но только на практике не всё так просто, ведь свет должен огибать невидимый объект ровно по касательной и, миновав его, возвращаться на предыдущую траекторию. Только так весь фон за нашим объектом будет выглядеть неизменным и наблюдатель ничего не заподозрит.

Ещё одна сложность в том, что если человек будет скрываться под плащом-невидимкой, который огибает свет, то он сам не сможет видеть, т.к. на его сетчатку тоже ничего не попадёт.

Ученые работают над вариантами и уже имеют некоторые успехи.

Плащ-невидимка из крошечных дисплеев

На первый взгляд это до простоты очевидная идея — выводить на поверхность плаща или другого подходящего материала изображение того, что находится за объектом, который нужно скрыть. Это может быть сложная система гибких дисплеев и крошечных видеокамер.

Однако если начать прорабатывать эту идею, то возникает ряд сложностей. Например, система должна постоянно подстраиваться под наблюдателя, а значит нужно отслеживать его положение. А что если наблюдателей несколько, и каждый должен видеть правильное изображение?

В теории, реализация подобной технологии возможна, но требует прорывов в сфере гибких экранов и хорошей вычислительной мощности при соблюдении компактности.

Рочестерский плащ

Один самых простых способов создать эффект невидимости — это использовать систему линз, которые преломляют свет таким образом, чтобы между ними создавалась «слепая зона». На выходе свет «преломляется обратно», что позволяет видеть изображение позади.

Таким образом, если правильно расположить объект между линзами, то фактически мы будем видеть сквозь него, т.к. он не контактирует с преломлённым внутри линз светом.

На видео рука помещена между линзами, но сквозь них всё равно видно изображение позади.

Ниже фото такого устройства. Для демонстрации здесь использованы лазерные лучи. Обратите внимание, как каждая из четырех линз изгибает их, чтобы на выходе световой поток был восстановлен. Именно в местах, где свет должен был проходить, но не проходит, и возникает невидимая область.

Конечно, это ещё не полноценный плащ-невидимка, но давайте посмотрим, что было придумано ещё.

Квантовая невидимость

Канадская компания Hyperstealth Biotechnology занимается разработкой камуфляжных униформ для военных. В 2019 году она запатентовала необычный материал, который позволяет делать практически неразличимыми объекты, находящиеся за ним.

Выглядит это так:

Всё работает благодаря технологии лентикулярного растра. Проходя через материал, свет преломляется так, что видны только объекты, которые расположены вплотную к завесе и очень далеко от неё, а то что посередине остаётся малозаметным размытым пятном.

Технология всё ещё слаборазвита, т.к. эффект срабатывает только если располагаться на нужном расстоянии за завесой, а наблюдатель должен находиться под прямым углом по отношению к ней.

Мета-атомы — тонкое управление светом

На закуску одна из технологий, которая в теории может быть использована для создания поверхности настоящего невидимого материала.

Для перенаправления света используются не линзы, а искусственно созданные «мета-атомы» размером меньше длины волны видимого света (380-780 нанометров). При синтезировании такие структуры могут иметь различный размер и форму, и за счёт своей неоднородности позволяют управлять светом.

С помощью подобных метаматериалов учёным уже удалось сделать невидимым объект для радио- и микроволн. Они длиннее видимого света, поэтому и метаструктуры для работы с ними нужны не такие маленькие. На практике это выглядит так:

На видео отлично видно, что покрытие из метаматериалов буквально проводит излучение вокруг объекта, в то время как на первой модели волны ударяются об него и делают видимым для наблюдения.

Итоги

Пока полноценный плащ-невидимка, как в Гарри Поттере, не существует. Но благодаря оптическим приспособлениям действительно можно заставить исчезнуть объект. Однако к мантии или одежде эти свойства не применимы, т.к. система линз должна быть неподвижна по отношению к наблюдателю. В будущем для невидимости можно будет использовать метаматериалы, хотя в подвижных условиях их тоже сложно применять.