Шапки-невидимки и их эквиваленты в виде плащей или накидок до недавнего времени фигурировали в основном в сказках. Ими не слишком увлекалась даже научная фантастика (известный герой Уэллса исчезал с глаз иным образом). Однако с середины прошлого десятилетия ученые всерьез занимаются разработкой устройств, обеспечивающих если не полную невидимость, то ее неплохую имитацию.
В последние годы были опробованы разные способы создания невидимости. Для этого использовались специальные экраны или покрытия, изготовленные из высокотехнологичных композитов, так называемых метаматериалов, или из природных кристаллов с двойным лучепреломлением. Однако до сих пор таким путем удавалось маскировать либо тела с простой геометрией (например, двумерной), либо очень небольшие объекты (например, неровности на зеркальных поверхностях). К тому же подобный камуфляж реально осуществим только при наблюдении под определенными углами зрения.
Не видно
Однако совсем недавно сотрудникам Техасского университета в Остине удалось закамуфлировать столбик из диэлектрического материала высотой 18 и диаметром 2,5 см. Он был помещен в цилиндрический футляр диаметром 3,25 см, сделанный из двух разнесенных слоев того же материала с высокой диэлектрической проницаемостью, производимого фирмой Cuming Microwave. В пространство между слоями была вставлена тонкая лента из меди, опять-таки свернутая в цилиндр. Этот футляр и работал в качестве шапки-невидимки. Она лучше всего действовала при облучении монохроматическими волнами с частотой 3 ГГц (длина волны 10 см). При небольшом увеличении или уменьшении частоты невидимость практически исчезала.
Физический механизм такой невидимости называется плазмонной маскировкой (plasmonic cloaking). Межатомное пространство медной обертки заполнено электронным газом, в котором падающие электромагнитные волны возбуждают квантованные колебания — плазмоны. Эти колебания сами становятся источником вторичных электромагнитных волн, которые интерферируют с волнами, рассеянными центральным цилиндром. Диэлектрический футляр воздействует на эти волны таким образом, что рассеянное цилиндром излучение почти полностью подавляется, и падающий волновой фронт обретает исходную форму.
И не слышно
А вот немецкие исследователи из Технологического института Карлсруэ успешно проверили на практике способ акустической маскировки, предложенный в 2009 году сотрудником Френелевского института в Марселе Стефаном Энохом и его коллегами. Эти ученые теоретически показали, что такую маскировку можно создать с помощью структуры из концентрических колец, изготовленных из материалов с разными значениями коэффициента продольной упругости (модуля Юнга), от которого зависит скорость распространения звуковых волн.
И вот теперь Мартин Вегенер, Николас Штенгер и Манфред Вильгельм реализовали эту схему в эксперименте (правда, в упрощенной версии). Их акустическая шапка-невидимка выполнена в виде диска особой конструкции толщиной 1 мм и диаметром 15 см, выдавленного в листовой матрице из метаматериала. В центре диска прорезано отверстие размером чуть больше монеты в €2. Источником звука был динамик, установленный сбоку от матрицы. Как показали замеры, радиальная скорость монохроматических звуковых волн частотой 200 — 400 Гц при приближении к вырезанному кругу сильно падала, в то время как азимутальная скорость, направленная перпендикулярно радиусу, при этом возрастала. В результате волны огибали отверстие почти без рассеяния и за то же время, какое им понадобилось бы при невозмущенном движении. Поэтому круговая прорезь не порождала эха, то есть была акустически невидима. Такой камуфляж был почти идеальным на частоте 200 Гц, однако более или менее сохранялся вплоть до 400 Гц (то есть в весьма солидном частотном интервале, равном одной октаве).
Невидимы для стихии
Обещают ли эти эксперименты практическую пользу? Да, и не только в области шпионажа. Еще три года назад ученые из Англии и Франции (среди них был и Стефан Энох) предложили защищать дома от землетрясений, окружая их многослойными кольцами из мета-материалов. А недавно математик из Манчестерского университета Уильям Парнелл предложил способ еще проще. Он теоретически показал, что защитные кольца можно делать из предварительно напряженных упругих материалов с нелинейными свойствами. Согласно его модели, они будут действовать наподобие шапки-невидимки, заставляя волны плавно огибать здания. Сейчас его группа уточняет эту теорию и ищет пути ее применения для строительства в сейсмоопасных районах. Так что, возможно, сейсмически невидимые сооружения появятся в не столь уж отдаленном будущем.
Шапка-неслышимка
Акустическая шапка-невидимка (точнее, неслышимка) научной группы Технологического института Карлсруэ выполнена в виде диска миллиметровой толщины и 15-сантиметрового диаметра, выдавленного в листовой матрице из метаматериала на основе поливинилхлорида. Диск испещрен дырочками разного размера и формы, образующими два десятка концентрических колец. Эти дыры заполнены мягким пластиком, полидиметилсилоксаном. В центре диска прорезано круглое отверстие размеров чуть больше монеты в два евро - для объекта, который нужно сделать акустически невидимым.
Комментариев нет:
Отправить комментарий