loader
Вхід
Система Orphus

ЦІКАВО.КОМ

останні ЦІКАВІ НОВИНИ з усього світу

RunBTC.net - Заробляй Біткойни легко та вигравай у Джекпот

Заробляй Біткойни Легко

Побудуй свою прибуткову мережу та вигравай Джекпот


Заломлення світла навпаки

16.06.2007 Категорія: Цікаво Фізика


Фізики все активніше працюють над створенням матеріалів, які заломлюють світло "навпаки". На базі цього оптичного ефекту, можливо, зявляться обєктиви, що забезпечують надчітку видимість, а також способи зробити матеріальні обєкти невидимими.

В жовтні минулого року вчені Університету Дьюк продемонстрували у дії "контейнер-невидимку", що робить невидимою, правда, тільки в мікрохвильовому діапазоні, будь-яку річ, яку кладуть всередину контейнера.

Промінь мікрохвильового світла розщеплювався надвоє. Його половинки огинали спеціально сконструйований циліндровий контейнер і майже ідеально зливалися воєдино на іншій його стороні. Це означає, що річ, поміщена в контейнер, практично незрима. 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 досконалий. Інопланетянин, що бачить в мікрохвильовому діапазоні, не зауважив би самої речі, але, можливо, відчув би щось недобре. "Він міг би побачити, що в цьому місці підозріло темно, пояснює Девід Р. Сміт, викладач інженерії електротехніки і обчислювальних машин в Дьюке. -Він відмітив би якесь спотворення, смутні тіні, смутне віддзеркалення".

Є і інша, серйозніша невдача. Цей конкретний матеріал, з якого виготовлений контейнер, ефективний тільки для одного конкретного "кольору" або довжини хвилі. Тому його практична корисність украй обмежена. Створення плаща-невидимки, який був би ефективний на набагато коротших хвилях світла, зримого неозброєним людським оком, або в широкому спектрі кольорів - це ще складніше, можливо, навіть нездійсненне завдання.

Проте демонстрація показала, що останнім часом учені навчилися маніпулювати світлом за допомогою структур, які вони самі називають "метаматеріалами".

Очевидно, військових зацікавить будь-який матеріал, який можна було б використовувати для камуфляжу танків і інших видів бойової техніки. Але такі матеріали можуть застосовуватися і в мікроскопах і антенах нового типу. Поки учені провели необхідні розрахунки, змоделювали процеси на компютері і здійснили ряд експериментів, що доводять вірність самого принципу - на зразок того, що відбувся в Дьюке. Але їм ще належить встановити практичні межі тому, наскільки їм вдасться підпорядкувати світло своїй волі.

Ніякого чарівництва в цьому методі не немає, та і матеріали використовуються не свіжовинайдені. Фізики беруть найзвичайніші матеріали типу оргскла та мідь і роблять з них метаматеріали, схожі з вигляду на мозаїку з плиток з орнаментом, що повторюється. Метаматеріали взаємодіють з електричними і магнітними полями світлової хвилі, маніпулюючи їх характеристикою, яка називається "Коефіцієнтом віддзеркалення", і тим самим заломлює світло так, як неможе заломлювати його жоден природний матеріал.

"Є завдання, з якими хімія не може справитися самостійно - говорить фізик Джон Б. Пендри з Імперського коледжу в Лондоні. - Включаючи в розрахунки не тільки хімію, але і структуру, ми отримуємо розширену гнучкість в конструюванні і добиваємося властивостей, які раніше були нам просто недоступні".

Коли промінь світла перетинає межу між повітрям і водою, склом або іншою прозорою речовиною, він заломлюється. Кут заломлення обумовлений коефіцієнтом віддзеркалення.

Коефіцієнт віддзеркалення повітря рівний 1, води - приблизно 1,3. От чому, дивлячись крізь воду, по поверхні якої розбігаються хвилі, ми бачимо дно ставка спотвореним. Саме із-за віддзеркалення соломинка в стакані з водою немов би вигинається до її поверхні, а риби, плаваючі в ставку, здаються ближчими до поверхні води, ніж насправді.

У діамантів коефіцієнт віддзеркалення складає 2,4. Через те вони так красиво виблискують.

Якщо говорити про видиме світло, то прозорі матеріали типу скла, води і діамантів мають коефіцієнти віддзеркалення, рівні 1 або вище. Тобто, коли світло входить в матеріал, він рухається як би по увігнутій траєкторії, близькій до перпендикулярної лінії. Оскільки в товщі матеріалу коефіцієнт віддзеркалення скрізь однаковий, заломлення відбувається лише в мить, коли світло перетинає межу.

Але тепер можливо створити метаматеріали з коефіцієнтами віддзеркалення в діапазоні від 0 до 1. У контейнера-невидимки, створеного в Дьюке, коефіцієнт плавно варіюється від 0 на внутрішній поверхні циліндра до 1 на його зовнішній поверхні. Тому траєкторія світла скривлюється не тільки на межах, але і при проходженні через товщу метаматеріалу.

Метаматеріали вперше стали предметом бурхливих суперечок вчених кілька років тому, після вражаючої заяви, що коефіцієнт віддзеркалення може бути не тільки менше одиниці, але також і негативним, менше нуля. Увійшовши до такого матеріалу, світло різко розвернеться, немов би відскочивши від невидимого дзеркала.

Коефіцієнт віддзеркалення залежить від реакції матеріалу на електричне і магнітне поля. Зазвичай в товщі матеріалу електрони рухаються так, щоб звести до мінімуму вплив зовнішнього електричного поля - тобто, створюючи протинаправлене внутрішнє електричне поле. Але є і виключення. У деяких металах, наприклад, в сріблі, мінливе електричне поле індукує поле, направлене в тому ж напрямі.

В 1960-х роках російський фізик В. Г. Веселаго усвідомив, що якщо було б можливо знайти матеріал, який надаватиме протидію не тільки електричним, але і магнітним полям, то у цього матеріалу буде негативний коефіцієнт віддзеркалення.

В кінці 1990-х років Пендрі один з перших почав виготовляти метаматеріали. Він робив решітки з тонких дротів, яка реагувала на електричні поля діаметрально протилежним чином в порівнянні з більшістю матеріалами. Він також розробив один матеріал, який реагував таким чином на магнітні поля.

Сміт, що працював тоді в Каліфорнійському університеті в Сан-дієго, почув доповідь Пендрі на одній науковій конференції в 1999 році. Сміт і його колеги виготовили перший метаматеріал, що реагував належним чином на електричні і магнітні поля відразу.

Журнал Physical Review Letters відкинув статтю Сміта з описом експерименту, розцінивши його як примітивний і нецікавий. Лише тоді Сміт натрапив на роботи Веселаго про негативний коефіцієнт віддзеркалення і виводи, що далеко йшли, з експерименту. "Я переробив теоретичну частину, і статтю взяли" -згадує Сміт, що нині працює в Дьюке.

Після публікації декілька років тривали суперечки між дослідниками, які виготовляли і випробовували метаматеріали з негативним віддзеркаленням, і тими, хто говорив, що експерименти нічого подібного не доводять, що негативне віддзеркалення в кращому разі ілюзія, оскільки воно заперечує закони фізики.

Одна з проблем полягала в тому, що експерименти з негативним віддзеркаленням проводилися в мікрохвильовому діапазоні. Розробка метаматеріалів для коротших довжин хвиль і високих частот типу видимого світла - справа набагато складніша, оскільки матеріалів, прозорих у високочастотному діапазоні, не так-то багато.

"Озирніться по сторонах - пояснює Пендрі. - Чи багато тут речей, крізь які ви можете дивитися? Небагато. Особливо не розвернешся".

Цього року вчені з лабораторії Еймса в Айове і Університету Карлсруе (Німеччина) повідомили, що створили метаматеріал, що має негативний коефіцієнт віддзеркалення в діапазоні видимого світла.

Але деяких скептиків це не переконало. Ніколас Гарсія з Національної дослідницької ради Іспанії все ще називає заяви Пендрі про явище негативного віддзеркалення пропагандою. Але сьогодні більшість фізиків приймають інтерпретацію, засновану на реальності негативного віддзеркалення.

Як би там не було, суперечка виявила, що метаматеріали не всесильні. Їм властива дисперсія - тобто кут віддзеркалення надзвичайно залежить від частоти світла. Крім того, вони абсорбують енергію з світлового променя, що проходить через них.

Тим не менше Пендрі запропонував створити на основі матеріалів з негативним коефіцієнтом віддзеркалення "суперобєктив", оскільки вони, на відміну від лінз звичайних обєктивів, не схильні до процесу під назвою "дифракція" - простіше кажучи, зображення не розпливається.

Група вчених на чолі з Сян Чжаном, професором Каліфорнійського університету в Берклі, продемонструвала, що тонка плоска срібна пластина дійсно може використовуватися для отримання надчіткого зображення. Вдалося розрізнити дві тонкі лінії, розділені проміжком шириною в 70 мільярдних частинок метра.

"Помістіть обєкт з одного боку, і на іншу сторону спроектується його зображення" - пояснив доктор Чжан.

Суперобєктив зможе також передавати деталі, які при огляді через звичайний оптичний прилад втрачаються. Зазвичай вважають, що світло - це акуратні хвилясті коливання. Але при найближчому розгляді виявляється, що до них домішені ще і складніше влаштовані "нескінченно малі" хвилі.

Зазвичай ці хвилі швидко розсіюються і залишаються непоміченими. Але Пендрі розрахував, що лінза з негативним коефіцієнтом віддзеркалення підсилюватиме нескінченно малі хвилі, і експеримент Чжана підтвердив цю гіпотезу. Коли-небудь це дозволить створити оптичний мікроскоп для розгляду окремо таких крихітних біологічних форм, як віруси.

Тепер головна заковирка в тому, що обєкт треба поміщати в безпосередній близькості від обєктиву, на відстані, рівному половини довжини світлової хвилі.

Ще одна можлива сфера застосування - пристрої типу DVD, що пишуть. Чим тонше фокусування, тим більше фільмів можна буде вмістити на одному стандартному носієві без втрати якості. Можливо, говорить Чжан, на диск розміром з сучасний DVD помістяться всі збори Бібліотеки Конгресу.

Паралельно дослідники метаматеріалів роздумують, які б ще завдання вирішити. "Ми дуже захопилися ідеєю плаща-невидимки - говорить Пендрі. - Уява розігралася, адже ми усвідомили, що на основі цих матеріалів дійсно можемо створити щось подібне".

В травні 2006 року Пендрі і Сміт запропонували конструкцію для "заховання" мікрохвиль одної-єиної частоти. У жовтні лабораторія Сміта в Дьюке продемонструвала модель, що діяла, хоч і спрощену і недосконалу. Мікрохвильову модель Сміта не можна пристосувати для діапазону видимого світла, оскільки абсорбція енергії буде дуже велика.

Цього року Володимир М. Шалаев з Пурдью продемонстрував конструкцію іншого типу, де проблема абсорбції не актуальна. За його словами, вона може "приховувати" видиме світло, хоча в кожен окремий момент - 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-таки можливо".

Шалаєв говорить, що сподівається створити модель з крихітних стрижнів, розташованих певним чином навколо циліндра, через декілька років. Метаматеріали можуть бути використані і в інших незвичайних пристроях. Шалаєв запропонував створити "анти-невидимку" - матеріал, який затримуватиме в собі світло певної довжини хвилі. "Його можна буде використовувати як сенсор" - пояснив вчений.

Чи вдасться створити чималий плащ-невидимку для чарівника шкільного віку або для цілого інопланетного корабля - це вже інше питання. "Знаючи те, що я знаю зараз, я відношуся до такої перспективи вельми песимістично" - відзначив Сміт.

Шалаєв сказав, що це було б цікаве завдання. "Не знаю - промовив він. - Ми сподіваємося, що таке можливо".

По матеріалах: Inopressa.ru




P.S.: Якщо Ви зауважили орфографічну помилку на цій сторінці,
         просто виділіть помилку мишкою та натисніть Ctrl+Enter.



Коментарі:
Автор: Гість анонім (8 років тому)
Що таке кут віддзеркалення? Я чув про кут відбивання та про кут заломлення. Не треба перетворювати Мережу на смітник, особливо на сайті з пристойною ідеєю. Ганьба та сором!
Автор: Гість не фізик я (8 років тому)
трохи не те що потрібно
Додати власний коментар:


[Додати Фото]
Введіть код з картинки:





ОБМІН ВАЛЮТ


ВЧЕНІ
Американські вчені вивчають думки людини (+ відео)
Американські вчені вивчають думки людини (+ відео) У багатьох науково-фантастичних творах минулого та сучасності розглядали Повністю...
Топ-10 загадок Всесвіту
Топ-10 загадок Всесвіту Всесвіт... Це слово включає все те, що знає людина - і те, чого ми не Повністю...



МАТЕРІАЛИ
Концептуальні гуманні мишоловки (+11 фото)
Концептуальні гуманні мишоловки (+11 фото) Дизайнер Роджер Аркер, який, очевидно, любить і жаліє все живе, зокрема Повністю...
Фото екстремальних погодніх умов. (+10 фото)
Фото екстремальних погодніх умов. (+10 фото) Природа часто підсовує людині сюрпризи, і ці сюрпризи не завжди приємні. Повністю...



ЕКСПЕРИМЕНТИ
8 дивних генетичних експериментів (+8 фото)
8 дивних генетичних експериментів (+8 фото) Зараз вчені-генетики всього світу досліджують геном людини, тварин і рос Повністю...
Розстріл телефонів Sonim XP1 і Sony Ericsson - перевірка на міцність (+ відео)
Розстріл телефонів Sonim XP1 і Sony Ericsson - перевірка на міцність (+ відео) Компанія Sonim стверджує, що її мобільний телефон XP1 є буквально неможл Повністю...



ФОТО
Хто пустив тварин до супермаркету? (+7 фото)
Хто пустив тварин до супермаркету? (+7 фото) Спробуйте уявити ситуацію: тварини зіткнулися з новою реальністю, яка зн Повністю...
Топ 5 суперкомп’ютерів світу (+5 фото)
Топ 5 суперкомп’ютерів світу (+5 фото) Технології розвиваються, технологічний прогрес йде вперед, і зараз в баг Повністю...



ВІДЕО
Топ-10 слем-данків цього сезону в НБА (+ відео)
Топ-10 слем-данків цього сезону в НБА (+ відео) Якщо щось і люблять інтернет-користувачі, так це дивитися на відео з котами Повністю...
Apple-1 за 671 тисячу доларів (+ відео)
Apple-1 за 671 тисячу доларів (+ відео) Напевно, якби власники перших ПК і комп’ютерів від Apple знали, скільки Повністю...



ДИЗАЙН
15 прикладів типографіки, які надихають (+15 фото)
15 прикладів типографіки, які надихають (+15 фото) Типографіка дуже важлива для графічного дизайну. Нестандартний підхід мо Повністю...
"Майже як справжній" басейн (5 фото + 2 відео)
Майже як справжній басейн (5 фото + 2 відео) Леандро Ерліх, дизайнер, вирішив подивитися, як виглядатиме кімната, офо Повністю...



ЦІКАВЕ

Погода, Новини, завантаження...