Эльфийский плащ стал реальностью
Американские исследователи сумели продемонстрировать вполне работоспособный образец покрытия, делающего невидимым все, что под ним скрыто. Работает это пока, правда, только в микроволновом диапазоне, и невооруженным взглядом эффект невидимости наблюдать не удастся. Подобный "плащ-невидимка" представляет собой практическое воплощение идеи устройства, появление которого было теоретически предсказано в статье, опубликованной несколькими месяцами ранее в 2006 году. В будущем ученые обещают разработать покрытия, способные скрывать предметы от излучения в оптическом диапазоне.
То, что такой плащ-невидимка теоретически мог бы быть изготовлен, удалось показать Джону Пендраю (John Pendry), британскому физику-теоретику из Лондонского имперского колледжа (Imperial College London) и его коллегам (публикация в Science Express 25 мая 2006 г.), а вот теперь группа Дэвида Смита (David Smith) из Университета Дьюка (Duke University, штат Северная Каролина, США) доказала работоспособность этой технологии на деле (публикация в журнале Science: (DOI: 10.1126/science.1133628), 19 октября сообщение появилось в онлайновой версии журнала Science Express).
Как же это работает? В основе лежит эффект "искривления пространства", однако реально искривляется лишь путь электромагнитного излучения (плавное изменение направления движения световых пучков в неоднородных средах обычно называют рефракцией), порождая своего рода мираж. "Плащ" заставляет микроволновые лучи огибать цель таким образом, что наблюдателю (который обладал бы "микроволновым" зрением) кажется, будто в этом месте вообще ничего нет, он видит те предметы, что расположены за скрытым пятном. Материалы, которые позволяют обращаться со световыми лучами подобным образом (т.е. обладают совершенно нетривиальными оптическими свойствами), в естественном виде в природе не встречаются, и их необходимо еще особым образом проектировать. Речь идет о так называемых "метаматериалах" ("metamaterials"), состоящих из повторяющихся структур с экзотическими электромагнитными свойствами - своего рода базовых электронных компонент типа конденсаторов и катушек индуктивности. Фактически это просто композиция из стекловолокна, пронизанного особыми полостями, и проводящих элементов (медь). Чтобы упростить себе задачу, физики пока были вынуждены изготавливать "плащ Смита" так, чтобы он срабатывал только в одной плоскости. Экспериментальный образец представляет собой цилиндрическую конструкцию небольшой высоты диаметром меньше пяти дюймов (13 см), состоящую из ряда концентрических колец. Совместное их действие позволяет обводить микроволны вокруг центральной области, опоясанной медным кольцом.
Строго говоря, для обладателя "микроволновым зрением" медное кольцо полностью-таки не исчезает. Остается его своеобразная "тень", а также след небольшого искажения на том месте, где должно быть это кольцо. Так что сравнение с "полноценной" шапкой-невидимкой или плащом Гарри Поттера пока еще некорректно. Скорее, сравнивать нужно с боевым облачением Хищника из одноименного кинофильма или же с эльфийскими плащами, полученными Фродо и Ко в Лориэне от владычицы Галадриэль (см. эпопею "Властелин Колец" Толкиена; только то Кольцо, которое укрывал под плащом Фродо, было, конечно, не медным...).
Другое важное ограничение: как уже упоминалось, система работает только в очень узком и весьма "ненаглядном" диапазоне частот (впрочем, кто знает, может быть охотившиеся за Фродо назгулы видели как раз в микроволновом диапазоне...). Хотя испытания в специальной камере подтвердили правильность теоретических выкладок ученых, фактически исследователи пока еще сделали только самые первые шаги к созданию настоящего плаща-невидимки.
Теперь Смит надеется математическим образом рассчитать и построить трехмерную структуру, которая могла бы скрывать объект полностью при наблюдениях из любой точки. А проблема с видимым светом состоит в том, что экспериментаторам в таком случае придется иметь дело с гораздо меньшими длинами волн, ну а это в свою очередь означает, что оптические метаматериалы должны быть основаны уже на структурах наномасштаба, создание которых пока еще не под силу современным нанотехнологиям. К тому же, чтобы объект полностью исчез из вида, укрывающий его плащ должен будет правильно взаимодействовать с излучением одновременно всех длин волн (то есть различных оптических цветов). Технология, способная на это, потребует гораздо большего количества чрезвычайно запутанных и разнородных структур, и пока неясно, можно ли это все совместить на практике.
Тем не менее, умение хорошо укрываться от вражеских радаров уже теперь наверняка будет востребовано конструкторами боевой техники - прежде всего авиастроителями (знаменитый "Стелс" в этом смысле еще далек от идеала), хотя исследователи и признаются, что для авиации это все тяжеловато. Существует также идея создания - по тем же самым технологическим принципам - "акустического плаща", который мог бы служить мощным защитным экраном, предотвращая проникновение внутрь каких-нибудь вибраций определенного сорта - то есть звуковых или же даже сейсмических волн.
Источники:
Working invisibility cloak created at last - New Scientist
Physicists draw up plans for real 'cloaking device' - New Scientist
Theoretical Blueprint for Invisibility Cloak Reported - Duke University - News
First Demonstration of a Working Invisibility Cloak - Duke University Pratt School of Engineering
Ссылки:
Metamaterial Electromagnetic Cloak at Microwave Frequencies - Science Express - Schurig et al.
The Science Fact and Fiction of Invisibility
Cloaking device - Wikipedia
Дожили… плащ-невидимка – создан! - iXBT.com
Учёные создали "шапку-невидимку" - "Компьютерра"
Ученые разработали микроволновый плащ-невидимку - NEWSru.com
Новое устройство невидимости скрыло себя в микроволновом диапазоне - "Мембрана"
Плащ-невидимка - Газета.Ru
Ученые создали плащ-невидимку - BBCRussian.com
Статьи по теме
Рентген вернет драконовские законы
Удалось продемонстрировать работоспособность нового метода рентгеновской флюоресценции, позволяющего реконструировать, казалось бы, навсегда исчезнувшие надписи на каменных табличках 2000-летней давности.
Открыт новый загадочный мезон
Новый массивный мезон может являться частью большого семейства частиц, именуемых пси-мезонами, но существуют и более экзотические возможности, которые включают в себя дикварки, а также гибридные мезоны.
Скрытая красота в человеке выявлена экспериментально
"Зорко одно лишь сердце. Самого главного глазами не увидишь". Чтобы это положение превратилось в непререкаемый научный факт, было проведено сразу три исследования по изучению влияния "нефизических" черт на восприятие людьми физической привлекательности своих партнеров.
Мюоны указывают путь к невидимой вселенной
Международная группа физиков из Брукхэвенской лаборатории сообщила о том, что в экспериментах с элементарными частицами удалось обнаружить серьезные отклонения от теоретических предсказаний, даваемых Стандартной моделью. Измерялось колебание мюонов в магнитном поле. Нарушение Стандартной модели - это уже вполне ожидаемое событие, многие ученые полагают, что благодаря этому откроются горизонты новой физики элементарных частиц.
Наномандала принесет в мир нанотехнологий буддистское счастье
Организованное взаимодействие отдельных атомов в нанотехнологии имеет некоторое сходство с картинами, возникающими под руками трудолюбивых буддистских монахов, создающих из цветного песка в ходе специальных таинств так называемые песочные мандалы. Цели и методы создания такой мандалы в восточных и западных культурах, конечно, довольно сильно различаются.
Super-WIMPs: темная материя может оказаться необнаружимой в принципе
90 % всей материи Вселенной не просто скрывается в виде "не испускающего свет" вещества, а содержится в форме частиц, названных super-WIMPs (сверхслабо- взаимодействующие массивные частицы), перед которыми, в отличие от "просто" WIMPs, совершенно бессильны все известные способы обнаружения темного вещества.
Уфимским ученым за электропроводящие полимеры сулят "нобелевку"
Сенсационное открытие сделали башкирские ученые. Оно совершит переворот в мире физики. Сотрудники уфимского Института физики молекул и кристаллов заставили бежать электрический ток по полимерам. До сих пор ни одному научному институту мира такого не удавалось. По всей видимости, еще большее значение подобное открытие будет иметь для грядущей эры нанотехнологий.
Астрономы обнаружили "потерявшиеся" барионы
Астрономы обнаружили новый тип разогретого межгалактического газа, с помощью которого можно локализовать невидимое присутствие темного вещества во Вселенной. Газовое облако, в триллион раз массивнее, чем наше Солнце, и в 150 раз более горячее, окружает нашу местную группу галактик, в которую входит Млечный путь, туманность Андромеды и еще приблизительно 30 мелких галактик.
Простая разгадка молчания инопланетян
Возможных объяснений много, а генерировать новые, самые экзотичные идеи в этом направлении - это, скорее, прерогатива научных фантастов, а не ученых, но теперь предложен едва ли не самый простой вариант: другие цивилизации могут просто поступать так же, как и мы.
Предложен новый метод поиска инопланетных космических станций
Французский астроном Люк Арнольд из Обсерватории Верхнего Прованса предложил новый альтернативный способ поиска следов деятельности внеземных цивилизаций возле чужих звезд.
"Тайное Знание" художников Ренессанса оказалось вымыслом
Компьютерный анализ картин XVII века позволил опровергнуть теорию, согласно которой великие мастера прошлого использовали специальные оптические приборы для проекции изображений на свои полотна (чтобы таким чисто техническим способом придать своим творениям фотографическую реалистичность). Теорией о великих художниках-имитаторах прославился не так давно американо-британский деятель поп-арта Дэвид Хокни.
Физики создают свою мечту - карманные плазменные суперускорители
Три коллектива европейских и американских специалистов по физике плазмы одновременно опубликовали результаты экспериментов, которые позволяют надеяться на скорое появление мощных и чрезвычайно компактных ускорителей электронов. Создание электронных ускорителей небольших размеров - это давняя мечта ученых.
Безделушки из наночастиц предвещают технологический переворот
Физики из Китая, Японии и США научились создавать внутри стеклянных пластинок объемные структуры, составленные из золотых наночастиц.
Музыка сверххолодных атомов
Американские ученые из Университета Дьюка экспериментально наблюдали сверхтекучесть вырожденного квантового газа, образованного атомами с полуцелыми спинами. Они работали с резонансным конденсатом, созданным из атомов лития-6. Именно эту новую форму квантового конденсата несколько месяцев назад впервые получила группа Деборы Джин.
Мозговые волны управляют видеоигрой
Видеоигра, в которой управление осуществляется непосредственно человеческим мозгом, и при этом нет никакой потребности в проводах, мышках и клавиатурах, была продемонстрирована в лаборатории MIT Media Lab Europe в Дублине. "Геймплэй" этой игры, правда, пока весьма незамысловат, однако новинка может оказать неоценимую помощь при разработке интерфейсов, связывающих мозг человека прямо с компьютером. Возможно со временем геймеры так обленятся и ослабеют, что не смогут даже кнопки нажимать.
Впервые удалось получить "стадо" из частиц-индивидуалистов
Американские ученые сообщили о том, что им впервые удалось наблюдать образование так называемого "фермионного конденсата", составленного из пар атомов в охлажденном газе. В течение ряда лет существовало мнение о родственности явлений сверхпроводимости (с которой связаны фермионы) и бозе-конденсации. Теперь это может помочь в создании сверхпроводящих материалов, имеющих самое широкое практическое применение.
Самые выдающиеся открытия 2003 года: темная энергия, пентакварки, бозе-конденсаты, квантовые компьютеры и др.
Многие западные издания выстраивают своеобразные хит-парады научных достижений уходящего 2003 года. Мы публикуем один из таких списков, составленный редакцией издания PhysicsWeb.
В эксперименте впервые наблюдался обратный эффект Доплера
Существование предсказанного еще в 40-х годах прошлого века так называемого обратного доплеровского эффекта было впервые подтверждено экспериментально. Британские исследователи признают, что их результаты в какой-то мере противоречат обычному здравому смыслу, однако утверждают, что все это может найти реальное применение в медицинских источниках излучения и в телекоммуникационной технике.
В "темном свете" обнаружены оптические вихри и скрытые цвета
Физики из Университета Глазго впервые наблюдали скрытые цвета, которые, как недавно было предсказано, должны существовать в "темном свете". Феномен темного света тесно связан с областями пространства, известными как "фазовые дислокации" или сингулярности, которые изучаются в рамках сингулярной оптики. Кроме всего прочего, подобные эффекты могут применяться для того, чтобы заманить в ловушку и вращать микрообъекты в своеобразном "оптическом пинцете".
Американские физики спасли теорию Эйнштейна: информация действительно не может передаваться быстрее света
Группа американских физиков, не щадя своего времени и средств, помогла торжеству здравого смысла: они доказали, что следствие не может предшествовать своей причине. Эксперименты подтвердили, что недавнее сенсационное исследование, согласно которому свет, казалось, распространялся со скоростью, превышающей его же собственную скорость в вакууме, не противоречит основополагающему для физики понятию причинно-следственной связи.
Физики, возможно, наблюдали магнитные монополи
Поль Дирак в 1931 году выдвинул гипотезу, согласно которой в природе должны существовать некие экзотические частицы, являющиеся переносчиками изолированных "магнитных зарядов" - магнитные монополи. Но до сих пор все попытки обнаружить в эксперименте эти неуловимые частицы были безуспешными. Однако теперь группа физиков из Японии, Китая и Швейцарии утверждает, что им все-таки удалось найти косвенное свидетельство существования таких монополей Дирака.
Последняя нерешенная проблема классической физики близка к решению благодаря сверхтекучему гелию
Это кажется невероятным, но теории гидродинамической турбулентности в завершенном виде не существует до сих пор, созданы только так называемые полуэмпирические теории турбулентности. Вообще это является одной из важнейших проблем современной теорфизики. Теперь сделан важный шаг в описании турбулентности в сверхтекучем гелии-3, что может помочь, наконец, в решении проблемы турбулентности и в классических жидкостях.
Получен рекордный ультрахолодный "атомный снежок"
2500 атомов натрия охладили до половины миллиардной части градуса выше абсолютного нуля - температуры, при которой колебания атомов почти полностью замирают. В результате получается ни много ни мало как принципиально новое, пятое состояние вещества - так называемый конденсат Бозе - Эйнштейна.
Экспериментаторы ищут новые силы, предсказанные теориями суперструн
Самый чувствительный на настоящее время эксперимент по оценке гравитационного взаимодействия на сверхмалых расстояниях не дал новых козырей в руки сторонников теории суперструн. Но, несмотря на все это, идеи дополнительных измерений становятся необычайно популярными в связи с кризисом стандартных физических моделей, не способных объяснить новые наблюдения - ускоренно расширяющейся Вселенной, в которой царит темная энергия.
Зубы Супермена могут служить сверхпроводником
Британские исследователи выяснили, что фосфор, элемент, как известно, содержащийся в человеческих зубах, может в принципе выступать в роли сверхпроводника. Правда человеку потребовалась бы мощь какого-нибудь Супермена, чтобы сжать свои зубы с силой, достаточной для достижения необходимого эффекта, поскольку переход в сверхпроводящее состояние произойдет лишь при давлении около 2,5 мегабар.
Новая теория шаровых молний
Джон Джилман из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе недавно предположил, что по крайней мере одно из свойств шаровой молнии - когезию (cohesion), способность удерживать частицы, составляющие оболочку светящегося шара, вместе на протяжении десятков секунд или даже минут - можно объяснить в терминах атомов Ридберга. Однако другие исследователи, занимающиеся изучением этого феномена, отнеслись к такому выводу скептически.
Когда сказка станет пылью... (Нанотехнологии: революция начинается)
В самые ближайшие годы произойдет технологическая революция, в результате которой мы обзаведемся портативными мощными хранилищами памяти, всевидящими глазами и всеслышащими ушами, невидимыми помощниками, готовыми исполнить любую прихоть, и к тому же станем практически бессмертными.
Мезоны устраивают "похороны" классической физике
Хорошо известные в квантовой механике неравенства Белла впервые были проверены в эксперименте с участием высокоэнергетичных частиц в лаборатории KEK в Японии. Причем именно нарушение этих знаменитых неравенств и является серьезным аргументом в пользу истинности современного понимания квантовой теории и позволяет "похоронить" так называемые "теории скрытых параметров", в определенном смысле привязанные к классической физике.
Силу, возникающую из пустоты, приспособят к чему-нибудь путному
Генрих Казимир еще в 1948 году предложил эксперимент, который мог бы подтвердить квантовую теорию физического вакуума (то, что вакуум на самом деле не пуст, а заполнен то и дело виртуально возникающими и исчезающими парами частиц и античастиц). Теперь американские исследователи сумели проверить этот эффект с точностью до 0,5 %. Выяснилось, что эффект Казимира действительно должен серьезно влиять на наноразмерные устройства.
Разработана батарейка для наномашин
Американские исследователи запатентовали технологию, позволяющую создавать батарейки поперечником в тысячные доли миллиметра. Изготовление таких микроскопических блоков питания - первый и едва ли не самый неотложный шаг к построению реально работающих наномашин. Сверхминиатюрные роботы могли бы производить химический анализ окружающей среды или вводить микропорции лекарства, находясь в человеческом организме.