На базі цього оптичного ефекту, можливо, з’являться об’єктиви, які забезпечують понадчітку видимість, а також способи, щоб зробити матеріальні об’єкти невидимими.
Вчені Університету Д’юк продемонстрували в дії «контейнер-невидимку», що робить незримою — щоправда, лише у мікрохвильовому діапазоні — будь-яку річ, яку кладуть всередину нього, повідомляє inopressa.ru. Промінь мікрохвильового світла розщеплювався надвоє. Його половинки обгинали спеціально сконструйований циліндричний контейнер і майже ідеально зливалися воєдино на іншому його боці. Це означає, що річ, яку покладено у контейнер, є практично незримою. Жодна хвиля світла не відскакує від неї рикошетом, і людина, яка дивиться на циліндр і його вміст, побачить лише те, що знаходиться позаду циліндра.
Контейнер ще не є досконалим. Іншопланетянин, який бачить у мікрохвильовому діапазоні, не помітив би самої речі, але, можливо, здогадався б, що щось тут не те. «Він міг би побачити, що у цьому місці підозріло темно, — пояснює Девід Р. Сміт, викладач інженерії електротехніки й обчислювальних машин у Д’юку. — Він помітив би якесь викривлення, незрозумілі тіні, нечітке відображення».
Є й інша, більш серйозна проблема. Цей конкретний матеріал, з якого виготовлений контейнер, ефективний лише для одного конкретного «кольору» або довжини хвилі. Тому його практична корисність надто обмежена. Створення плаща-невидимки, який був би ефективним на набагато коротших хвилях світла, яке видно неозброєним людським оком, або в широкому спектрі кольорів — це ще більш складне, можливо, навіть нездійсненне завдання.
Останнім часом учені навчилися маніпулювати світлом за допомогою структур, які вони самі називають «метаматеріалами». Вочевидь, військових зацікавить будь-який матеріал, який можна було б використовувати для камуфлювання танків та інших видів бойової техніки. Але такі матеріали можуть застосовуватися й у мікроскопах і антенах нового типу. Наразі вчені провели необхідні розрахунки, змоделювати процеси на комп’ютері й здійснили ряд експериментів, що доводять вірність самого принципу, але ними ще мають бути встановлені практичні межі того, наскільки їм удасться підпорядкувати світло своїй волі.
Жодного чаклунства в цьому методі немає. Фізики беруть звичайні матеріали типу оргскла й міді та роблять із них метаматеріали, які схожі на мозаїку з плиток із орнаментом, що повторюється. Метаматеріали взаємодіють із електричними та магнітними полями світлової хвилі, маніпулюючи їхньою характеристикою, яка називається «коефіцієнтом відображення», й тим самим заломлюючи світло так, як нездатен заломлювати його жоден природний матеріал.
«Є завдання, з якими хімія не може впоратися самостійно, — розповідає фізик Джон Б. Пендрі з Імперського коледжу в Лондоні. — Включаючи до розрахунків не лише хімію, але й структуру, ми отримуємо розширену гнучкість у конструюванні та добиваємося властивостей, які раніше були для нас просто недоступними». Коли промінь світла перетинає кордон між повітрям і водою, склом або іншою прозорою речовиною, він заломлюється. Кут заломлення зумовлений коефіцієнтом відображення.
Якщо говорити про видиме світло, то прозорі матеріали на шталт скла, води та діамантів мають коефіцієнти відображення, що дорівнюють 1 або вище. Тобто, коли світло входить у матеріал, він рухається немовби увігнутою траєкторією, близькою до перпендикулярної лінії. Оскільки у товщі матеріалу коефіцієнт відображення скрізь є однаковим, заломлення відбувається лише в той момент, коли світло перетинає кордон.
Тепер можливо створити метаматеріали з коефіцієнтами відображення в діапазоні від 0 до 1. У контейнера-невидимки, створеного в Д’юці, коефіцієнт плавно варіюється від 0 на внутрішній поверхні циліндра до 1 на його зовнішній поверхні. Тому траєкторія світла викривляється не лише на кордонах, але й під час проходження крізь товщу метаматеріала.
Уперше метаматеріали стали предметом бурхливих суперечок вчених кілька років тому, після разючої заяви, що коефіцієнт відображення може бути не лише меншим за одиницю, але також і негативним, меншим за нуль. Коли світло увійде до такого матеріалу, воно різко розвернеться, немовби відскочивши від невидимого дзеркала.
Коефіцієнт відображення залежить від реакції матеріалу на електричне й магнітне поля. Звичайно, в товщі матеріалу електрони рухаються таким чином, щоб звести до мінімуму вплив зовнішнього електричного поля — тобто, створюючи протилежно направлене внутрішнє електричне поле. Але є й виключення. В деяких металах — наприклад, у сріблі — мінливе електричне поле індукує поле, направлене в тому ж напрямку.
Цього року вчені з лабораторії Еймса в Айова й Університету Карлсруе (Німеччина) повідомили, що створили метаматеріал, що має негативний коефіцієнт відображення в діапазоні видимого світла. Але є такі скептики, яких це не переконало. Як би там не було, суперечка дослідників виявила, що метаматеріали не є всесильними. Їм властива дисперсія — тобто кут відображення значною мірою залежить від частоти світла. Крім того, вони абсорбують енергію з променя, що проходить крізь них. Проте Пендрі запропонував створити на основі матеріалів із негативним коефіцієнтом відображення «супероб’єктив», оскільки вони, на відміну від лінз звичайних об’єктивів, не схильні до процесу під назвою «дифракція» — простіше кажучи, зображення не розпливається.
Група вчених на чолі із Сян Чжаном, професором Каліфорнійського університету в Берклі, продемонстрували, що тонка плоска срібна пластина дійсно може використовуватися для отримання понадчіткого зображення. Вдалося відрізнити дві тонкі лінії, які розділені проміжком завширшки у 70 мільярдних часток метра. Головна заковичка полягає в тому, що об’єкт слід розміщувати у безпосередній близькості від об’єктиву, на відстані, яка дорівнює частці довжини світлової хвилі.
Ще одна з можливих сфер застосування — пристрої на кшталт записуючих DVD. Чим тонкішим є фокусування, тим більше фільмів можна буде умістити на одному стандартному носії без утрати якості. Можливо, говорить Чжан, на диск розміром із сучасний DVD вмістяться усі зібрання Бібліотеки Конгресу.
Паралельно дослідники метаматеріалів роздумують, які б ще завдання вирішити. «Ми дуже захопилися ідеєю плаща- невидимки, — говорить Пендрі. — Розігралася уява — адже ми усвідомили, що на базі цих матеріалів дійсно можемо створити щось подібне».
У травні минулого року Пендрі і Сміт запропонували конструкцію для «приховування» мікрохвиль однієї-єдиної частоти. У жовтні лабораторія Сміта у Д’юку продемонструвала діючу модель, хоч і спрощену та незавершену. Мікрохвильову модель Сміта не можна пристосувати для діапазону видимого світла, оскільки абсорбція енергії буде дуже великою. Цього року Володимир М. Шалаєв із Пурдью продемонстрував конструкцію іншого типу, для якої проблема абсорбції не є актуальною. За його словами, вона може «приховувати» видиме світло, хоча кожного окремого моменту — лише певної довжини хвилі. «Ми можемо створити плащ для будь-якого з кольорів, але не для всіх одночасно, — говорить Шалаєв. — Але, принаймні, починає складатися відчуття, що це все ж таки можливо». Він запропонував створити «анти-невидимку» — матеріал, затримуватиме в собі світло з певною довжиною хвилі. «Його можна буде використовувати як сенсор», — пояснив учений.
