Наука и Техника

Наука И Техника
27 ноября 2014

Найден способ сделать объект невидимым с помощью манипуляций светом

Невидимость — как и путешествие во времени, телепортация, левитация и сверхскорость — является предметом обсуждения научной фантастики с самого ее появления. Среди самых известных примеров — та невидимость, которую использовали ромуланцы в «Звездном пути», Гарри Поттер с помощью плаща и Фродо, чтобы пробраться в Мордор. Сотни, если не тысячи упоминаний невидимости встречаются в книгах и фильмах. На протяжении многих лет ученые придумывали интересные способы, чтобы скрыть объекты из поля зрения, только вот процесс в этих случаях был куда сложнее, чем демонстрирует научная фантастика.

Прежде чем мы сможем поговорить о, так сказать, научном плаще-невидимке, нам нужно понять отношение между светом и физическими объектами. Верьте или нет, но это отношение довольно простое. Когда мы смотрим на что-нибудь — будь это яблоко или машина — то, что мы видим, сводится к длине волны света, который отражает и поглощает объект.

В случае с Солнцем, скажем, его белый цвет связан с тем, что он поглощает все длины волн света. Тем не менее, с места в карьер, большинство людей скажет, что Солнце на самом деле желтое (но это уже совсем другое). Учитывая это, было бы нелишним спросить, можно ли сделать так, чтобы скрыть истинный цвет объекта или вообще сделать его невидимым?

Ответ куда интересней, чем кажется на первый взгляд: можно. Недавно французские ученые объявили, что нашли способ манипулировать светом таким образом, что крошечный непрозрачный объект будет совершенно прозрачным для человеческого глаза. Хотя звучит просто, на самом деле все намного сложнее.

Как это работает?
Методика, которую используют ученые, основана на квантовых эффектов. Такие вещи, как рэлеевское рассеяние, научили нас, что частицы света живут бурной жизнью, то и дело сталкиваясь с этим и тем по пути через пространство-время. Когда они вступают в контакт с молекулами и другими частицами материи, их составные части, то есть фотоны, отскакивают в разных направлениях под странными углами. Другие сложности возникают, когда мы добавляем дополнительные взаимодействующие атомы или молекулы в уравнение. В такой среде они называются квантовыми излучателями, и они чрезвычайно важны для многообещающей области квантовых технологий.

Когда один источник света вступает в контакт с другим излучателем, свет отскакивает и демонстрирует изменения в электромагнитном поле, приводящие к рассеянию фотонов, генерирующих еще более сложные волновые паттерны. Еще нужно не забыть о диполях — или квантовых излучателях с положительной и отрицательной стороной. Эта особенность, которая является результатом того, что излучатель обладает неравномерно распределенными электронами, может иметь серьезное влияние на электромагнитное поле. Электромагнитное поле каждого излучателя имеет важное значение.

В конечном счете, все это часто порождет то, что называется диполь-дипольными взаимодействиями: комбинацией вещей, которые интенсивно рассеивают свет. И как показали исследования, этот эффект можно использовать с целью манипулирования отражением света от поверхности.

Квантовые излучатели

Квантовый излучатель (представлен в виде голубого диска на фото) взаимодействует с электромагнитным полем. Физики использовали диполь-дипольные взаимодействия в таких квантовых излучателях, чтобы сделать непрозрачные объекты прозрачными.

Более конкретно, ученые используют новую технику под названием DIET (диполь-индуцированная электромагнитная прозрачность), чтобы предотвратить отскакивание света от поверхности и отражение определенной длины волны, что по сути делает объект прозрачным в видимом диапазоне.

«Важность нашей работы заключается в открытии того, что очень субтильное явление (DIET) может быть использовано для управления распространением света в оптически активных средах, — рассказал соавтор работы Эрик Харрон, профессор Парижского университете в Орсэ, Франция. — Мы показали, как рассеивается свет в нанометрической системе, и этим эффектом можно управлять, чтобы сделать непрозрачный объект прозрачным на любой заданной частоте».

К чему это приведет?

Вся соль работы в том, что ученым нужно повторить свой успех на примере объекта большего, чем два атома в попереченике (для справки, это чрезвычайно мало, если сравнивать с макромасштабами того мира, в котором мы живем). Тем не менее, они уверены, что не только смогут проделать это с крупными объектами, но и обмануть наши глаза, не только сделав объект невидимым, но и окрасив его в другой цвет вообще.

Их работа также проливает свет (буквально) на способы, которыми мы можем сильно замедлить свет, или вообще заморозить его. В первом случае это делается путем изменения траектории фотонов за счет взаимодействия частиц со средой. Преимущества такого прорыва слишком многочисленны, чтобы их перечислять, но безусловно — впереди предстоит еще много работы.

«В настоящее время наша цель состоит в том, чтобы перенести DIET на многоуровневую атомарную или молекулярную систему, — говорит Харрон. — Каждый излучатель будет вести себя как ряд осциллирующих диполей, таким образом открывая ряд окон прозрачности, что позволит нам вести более гибкую стратегию [манипуляций]».