Жемчугова Тетяна

Керівник проекту:

Макашутіна Людмила Вікторівна

Установа:

МБОУ ЗОШ №2 ЗАТО Озерний Тверської області

Моя дослідницька роботаз фізики "Плащ-невидимка: міф чи реальність?"присвячена дослідженню можливості створення реального плаща-невидимки, пошуку технічних рішень цього завдання. У процесі свого дослідження я намагатимусь зрозуміти, як працює «невидимість», проведу експеримент.

У дослідному проекті з фізики на тему "Плащ невидимка: міф чи реальність?" я проведу анкетування учнів нашої школи про знання в галузі створення плаща-невидимки у сучасному світі.

Вступ
1. Опитування про плащ-невидимку.
2. Як працює «Невидимість»
1.1. Спосіб стати невидимим №1.
1.2. Спосіб стати невидимим №2.
1.3. Спосіб стати невидимим №3.
1.4. Спосіб стати невидимим №4.
3. Експеримент "Камуфляж"
Висновок
Література

Вступ

Можливість за своїм бажанням ставати невидимим століттями входила в першу трійку найбільших людських бажань поряд із польотами та здатністю бачити те, що далеко.

Створенням реального плаща-невидимкивчені зайнялися лише чверть століття тому, проте за такий короткий проміжок часу вони встигли знайти відразу кілька технічних рішень цього завдання.

Цілі і завдання:

• Провести опитування учнів школи про пізнання у сучасних технічних можливостях створення казкового плаща-невидимки у світі.
• Дослідити можливості створення реального плаща-невидимки.
• Ознайомити учнів із технічними рішеннями цього завдання.

План роботи:

1. Поцікавитись у батьків знайомих про існування плаща-невидимки. Опитати учнів про їхнє пізнання у його існуванні.
2. Пошук інформації про відомі можливості та технології створення плаща-невидимки.
3. Зрозуміти, як працює «невидимість».
4. Класифікація та розгляд усіх технологій для створення плаща-невидимки.

1. Опитування про плащ-невидимку

Учням нашої школи були поставлені запитання:

1. Чи хотіли б ви мати плащ невидимку?
2. Навіщо?
3. Як ви думаєте в сучасному світі при технічному прогресі, чи є можливість створення плаща невидимки?

Результати опитування:

1. « Чи хотіли б ви мати плащ-невидимку?»
Була відповідь « Так».

Але є й ті, що не хочуть мати плащ-невидимку.

2. На запитання « Навіщо потрібен їм плащ-невидимка» школярі відповіли:

• «Щоб їх ніхто не бачив»
• «Щоб фізкультуру ходити спокійно і не попадатися на очі»
• «Підглядати за іншими»
• «Щоб пограбувати банк»

А інші не сказали навіщо він їм потрібен.

3. На останнє запитання « Як ви думаєте в сучасному світі при технічному прогресі чи є можливість створення плаща-невидимки?» школярі відповіли, що в нашому світі недостатньо технологій для винайдення плаща, ну а хтось, сподіваючись на це, відповів, що можливість є.

2. Як працює «Невидимість»

Для того, щоб зрозуміти, що таке " невидимість» , необхідно спочатку розібратися, що таке " видимість» .

У вакуумі або прозорому середовищі промені світла поширюються прямолінійно. Однак, якщо промінь зустрічає перешкоду, він трансформується – відбивається, заломлюється, поглинається.

Потрапивши в людське око, такий видозмінений промінь і дозволяє нам. бачити».

Спосіб стати невидимим №1

Перший спосіб стати невидимим:особливий матеріал заломлює промені.
Група американських учених із Каліфорнійського університету в Берклі створила прототип плаща-невидимки, який виявився максимально наближеним до його опису у науковій фантастиці.

Щоправда, поки що розроблена система може приховувати від погляду людини лише мікроскопічні об'єкти.

Спосіб стати невидимим №2

Другий спосіб стати невидимим:проекція всього, що знаходиться позаду об'єкта на спеціальний екран попереду.

Варто розуміти, що подібні розробки були вчені і раніше, наприклад, раніше в іншому університеті створили систему « маскуючих» лінз, що перенаправляли сонячні промені та робили об'єкт псевдо-невидимим.

Нова технологія ж є плащем-невидимкою повною мірою.

Спосіб стати невидимим №3

Третій спосіб стати невидимим: « хамелеон» або « камуфляж» – прийняти колір довкілля.

Камуфляжмасово почав використовуватися військовими всього світу відносно нещодавно - з кінця XIX ст.

До цього військова форма виглядала набагато привабливіше - яскраві кольори, переважно синій, червоний і білий, еполети, блискучі гудзики. Усе це сильно полегшувало управління військами біля.

Потім технічний прогрес і вдосконалення методів ведення війни зажадали зробити солдатів менш помітними на тлі навколишньої природи, і ось уже більше 100 років це завдання зі змінним успіхом вирішують всілякі камуфляжі.

Але сьогодні військовим вже недостатньо хитріше забарвити форму, і вчені шукають принципово інші підходи до приховання на території людей і техніки.

Спосіб стати невидимим №4

Четвертий спосіб стати невидимим:щит з радіохвиль.

Світлові промені та радіохвилі мають ту саму природу - це електромагнітні коливання.

Щоб зрозуміти, що таке «невидимість», необхідно спочатку розібратися, що таке «видимість». У вакуумі або прозорому середовищі промені світла поширюються прямолінійно. Однак, якщо промінь зустрічає перешкоду, він трансформується – відбивається, заломлюється, поглинається. Потрапивши в людське око, такий видозмінений промінь і дозволяє нам «бачити». Сказане справедливо для непрозорих предметів, проте проходячи через тонке скло, промінь світла майже не зазнає змін і тому перешкода практично невидима.

Уявіть собі тонкий струмінь води, що падає вертикально вниз. Підставимо під струмінь м'ячик від настільного тенісу. Вода, потрапивши на кульку, стіче по його поверхні, а знизу знову перетвориться такий же тонкий струмінь. І дивлячись на неї, можна подумати, що струмінь не зустрічав жодної перешкоди. Отже, для створення плаща-невидимки необхідно зробити так, щоб будь-який промінь, що впав на людське тіло, не трансформувався, а продовжував свій шлях у тому ж напрямку, з тією ж яскравістю та спектральною частотою, ніби він пройшов через тонке скло. Які ж технології дозволяють перетворити теорію на практику?

Метаматеріал Quantum Stealth

Плащ-невидимка не повинен змінювати властивості предмета - він просто спрямовує промені світла в обхід і змушує стороннього спостерігача бачити лише те, що позаду. Сьогодні субстанції з такими властивостями вже є: це метаматеріали з негативним кутом заломлення, що змушує промені світла огинати об'єкт і робить його невидимим для ока, приладів нічного бачення та тепловізорів, а також приховує тінь.

Першопрохідником у сфері створення таких метаматеріалів став фізик Імперського коледжу в Лондоні, сер Джон Пендрі. У середині 90-х він припустив, що досягнення потрібного кута заломлення можливе не стільки за рахунок хімічного складумолекул, скільки за рахунок їхнього розташування. Вчений виходив із усім відомого факту: на межі середовищ хвилі можуть відбиватися або заломлюватися, а всередині середовища - поглинатися чи проходити крізь неї.

У 2006 році професора університету Мічигану Олена Семушкина і Сян Чжан запропонували використовувати діаелектрики: наприклад, одновісні кристали, для яких характерне подвійне променезаломлення при всіх напрямках падаючого світла, крім одного. До дослідження підключилися фізики з Бірмінгема, і незабаром їм удалося створити матеріал із кристалами нітриду кремнію на прозорій нанопористій підкладці оксиду кремнію. Виконавши в кристалах отвори нанометрового діаметра, вчені отримали гладке оптичне дзеркало, яке здатне приховувати об'єкти у видимому діапазоні.

Унікальний матеріал під назвою Quantum Stealth працює без камер, батарей, ламп та дзеркал, мало важить і, за словами розробників із компанії Hyperstealth, коштує недорого. Проте купити унікальну тканину поки не можна, адже спочатку вона була призначена для канадської, американської та британської армії. Військові та представники груп швидкого реагування почали тестувати Quantum Stealth у 2012 році. У квітні 2014 року Hyperstealth оголосила про запуск комерційного варіанту свого плаща-невидимки: Hyperstealth INVISIB, який має з'явитися у продажу вже цього року.

Гардероб із кальмарів

Здатність каракатиць, кальмарів та восьминогів ставати невидимими у воді дозволила вченим з Університету Каліфорнії та Університету Дьюка створити «плащ-невидимку» для морських піхотинців. Втім, він не зробить їх у буквальному значенні невидимими, дозволить геніально маскуватися на тлі навколишньої місцевості, буквально розчиняючись у пейзажі.

Фахівці використовували білок зі шкіри кальмара лонгфін (Loligo pealeii) під назвою рефлектин, здатний підлаштовуватись під світло з різною довжиною хвилі. Вони виявили, що у тканинах чергуються шари клітин із високим і низьким показником заломлення. Скорочуючи та збільшуючи відстань між шарами, кальмар «відбиває» світло різного діапазону та змінює колір.

Щоб відтворити цю здатність, вчені помістили шар цього білка на оксид-графенову та діоксид-силіконову плівку. Поперемінно обробляючи матеріал водяною парою та розчином кислоти, вони змогли змусити шар білка розширюватися та опадати, змінюючи колір. Це лише перший етап роботи, але немає сумнівів, що поява унікальної новинки – лише питання часу.

Щит із радіохвиль

Світлові промені та радіохвилі мають ту саму природу - це електромагнітні коливання. Різниця полягає лише у довжині хвилі. У видимого світла вона вимірюється частками міліметра, а радіохвилі можуть бути за кілька кілометрів завдовжки. Від довжини хвилі залежить і деякі фізичні якості. Наприклад, світло за звичайних умов може огинати тільки перешкоди, які можна порівняти з довжиною хвилі. Середні хвилі можуть огинати людське тіло, будинки та інші об'єкти. А довгі хвилі можуть обійти навіть земну кулю.

Однак промінь світла, поєднаний з радіохвильою, переймає частину її властивостей і теж починає огинати перешкоди. В історії відомо багато випадків зіткнення літаків із радіопередаючими вежами. Як правило, причина полягає саме в цьому ефекті: при певній довжині хвилі деталі вежі втрачають візуальну чіткість. Льотчики скаржилися, що антени були видно, або мали розмиті контури.

Щоб досягти такого ефекту для людини, потрібно точно розрахувати довжину радіохвилі в залежності від розміру об'єкта. Досвідченим шляхом була виведена закономірність, згідно з якою світлові промені вільно огинають людське тіло, якщо воно саме випромінює потік радіохвиль із частотою 1456 кілогерц (+-5%). Будь-який грамотний радіоаматор може стати невидимим за допомогою джерела живлення 1.5, котушки індуктивності, конденсатора і клем, що кріпляться до тіла.

Пристрій випробовувався на багатьох людях з незмінним успіхом, проте незабаром з'ясувалося, що невидимість пробуджує в людях не найкращі якості. Наприклад, Стів Р. з Бостона безкоштовно злітав до Європи, проникнувши невидимим у літак «Брітіш Аїруейз». Якийсь Марк А. взагалі не придумав нічого кращого, ніж викрасти портативний DVD плеєр з магазину, а через тиждень був заарештований при спробі продати його. Мимоволі згадується супергеройська мудрість: «Велика сила – велика відповідальність»…

Вчені кількох країн близькі до створення такого матеріалу, який робить людину чи будь-який інший об'єкт непомітним для оточуючих. Проте за нинішніх умов мало створити візуальну обманку для людського ока. Справжній плащ-невидимка повинен маскувати об'єкт за десятками різних параметрів. І вчені-винахідники працюють над цим.

Свого часу японці намагалися вирішити завдання створення плаща-невидимки, як то кажуть, в лоб. Вони створили спеціальний плащ, з одного боку якого розташовувалися сотні міні-відеокамер, а з іншого — сотні маленьких екранів. В активованому стані камери знімають простір за спиною об'єкта, що приховується, і передають картинку на екрани попереду нього. У результаті, покритий таким плащем об'єкт закривають телевізійною картинкою порожнечі. Однак цей шлях є глухим. Та й сама ідея плаща-невидимки підмінялася ідеєю телевізійної ілюзії.

Паралельно вчені низки країн займаються пошуком та створенням матеріалів з особливими властивостями, які мають працювати зі світлом та враховувати його природу. Вчені із Сінгапуру представили свою версію невидимих ​​технологій. На конференції TED у Лос-Анджелесі вони показали прозорий куб. Кристали оптичного кальциту дозволяють заломлювати промені таким чином, що об'єкт, що знаходиться за кубом, стає непомітним. Сінгапурці, втім, впевнені, що кальцит швидше використовуватимуть для покращення якості передачі оптоволокном, а також при створенні нових цифрових фотокамер.

Хвильова природа світла підштовхнула вчених до ідеї створити такий матеріал, який ці хвилі будуть змушені обтікати. Він дозволяє хвиль візуально приховувати об'єкти, створюючи ефект невидимості. При цьому промені повинні сходитися знову за об'єктом, зберігаючи свій початковий напрямок. Для цього необхідно використовувати метаматеріали із незвичайними властивостями. Перші подібні матеріали з'явилися 2006 року. Вчені з університету Техасу заявляють про те, що їм вдалося створити одну з версій такого матеріалу, якому вони дали назву "метаекран". Цей надтонкий та гнучкий матеріал створений з ниток мідної та полікарбонатної плівки.

При цьому в Техасі застосували інший підхід. Хвилі не обтікають матеріал, ультратонка плівка розсіює і нейтралізує ультракороткі хвилі: сам матеріал виявляється тоншим за довжину хвилі. Поки що така накидка робить невидимим відносно невеликі об'єкти. У ході дослідів вчені приховували керамічний циліндр висотою 18 сантиметрів, який обертали "метаекраном". Невидимим об'єкт ставав при перегляді через мікрохвильовий сканер. Саме мікрохвильове електромагнітне випромінювання із довжиною хвилі від 1 мм (частота 300 ГГц) до 1 м (300 МГц) використовується у більшості радарів.

Тим не менш, розвиваючи модель техаські вчені зможуть закрити об'єкт від видимого випромінювання, яке аналогічне мікрохвиль та інфрачервоним хвиль. Швидше за все, саме цей підхід стане магістральним у справі створення сучасних маскувальних матеріалів. У Массачусетському технологічному університеті працюють над аналогічним матеріалом, який впливає на електромагнітне поле. Поки що створена лише комп'ютерна модель спеціальних наночастинок.

Передбачається, що створений із них матеріал не змушуватиме частинки обтікати його, а просто пропустить електрони крізь себе, начебто перешкоди не існує зовсім. І в цьому випадку "невидимість" є скоріше додатковою властивістю. З цією технологією передбачається покращувати матеріали, які використовуються в термоелектричних пристроях, з'єднавши в них якості високої електропровідності з низькою теплопровідністю.

Також ці напрацювання можна використовувати для створення перемикачів в електронних середовищах. І, до речі, невидимість об'єкта для неозброєного людського ока в сучасних умовах сама по собі мало чого варта. Об'єкт може бути засвічений хвилями іншого типу, обчислений з випромінювання мобільного телефонаі т. д. Працюючих технічних пристроїврізного типу розроблено достатньо.

Тому актуальним стає створення матеріалу, здатного маскувати носія по десятках, а то й сотням параметрів. Щось подібне, але поки що на основі власних скромних можливостей створює дизайнер Адам Харві з Нью-Йорка. Він намагається використовувати занепокоєння, що піднімається в Штатах, з приводу застосування безпілотників для тотального стеження за людьми. Минулого року в ході розглядів за позовом від Фонду електронних рубежів (EFF) уряд США визнав наявність на території країни вже 64 працюючих баз безпілотників.

Вступ

Я люблю читати казки, особливо чарівні. Адже в них відбуваються дива, зустрічаються чарівні предмети: чоботи-скороходи, скатертина - самобранка, горщик, який варив кашу, килим - літак, шапка-невидимка. Читаючи казки, я задумався: дива ж із казок стали реальністю. Захотілося людині швидко накрити стіл, сходив до супермаркету – 5 хвилин і стіл накритий. Потрібно швидко зварити кашу, поклади крупу в мультиварку-каша готова без особливих зусиль і не пригорить. Хочеш свіжого хліба до сніданку, поклади продукти в хлібопічку, включи таймер, і диво - піч випече хліб до певного часу. А ось невидимки є у нашому житті?

Мотив дослідження:бажання дізнатися про предмети - невидимки.

Гіпотеза: я припускаю, що вивчення теми «Невидимки» допоможе відповісти на запитання: «Невидимки - це реальність чи казковий вигадка?»

Мета моєї роботи - Вивчення питання «Невидимки - це реальність чи казковий вигадка?»

Перед собою я поставила такізавдання:

1. Знайти та вивчити інформацію з даної теми.
2. Дізнатися значення слова "невидимка".
3. Визначити умови, у яких предмет стає невидимим.
4. Знайти відповідь на запитання «Невидимки – це реальність чи казкова вигадка?»
5. Провести власні дослідження.
6. Провести аналіз одержаних результатів.
7. Зробити висновки.

Мною використовувалися такіметоди дослідження:

пошукове, опитування, спостереження, експеримент.

Об'єкт дослідження:навколишній світ

Предмет дослідження:властивість невидимості предметів навколишнього світу

Основна частина

Спочатку я вирішив дізнатися, що знають однокласники з питання, що мене цікавить: невидимки - це реальність чи казковий вигадка? Під час проведеного опитування я зробив висновок

Під час опитування четверокласників нашої школи з'ясувалося, що

Таким чином, дослідження цього питання – актуальна тема для учнів початкової школи.

У тлумачному словнику я дізнався, що слово невидимка має кілька значень:

Тонка, непомітнашпилька або шпилькадля жіночої зачіски;

З інтернет-джерел я дізнався, що не тільки в казках йдеться про шапку-невидимку.У міфах та легендах Стародавню Греціюговориться, що мисливця Артеміда, яку римляни називали Діаною, мала у своєму гардеробі особливий вінець. Він дозволяв підкрастися непомітно до будь-якої людини чи звіра. Стародавні єгиптяни вірили, що богиня Баст одягає плащ, що приховує її від очей людини. Відома дитяча письменниця Джоанна Роулінг, яка є автором серії книг про Гаррі Поттера, теж не залишилася осторонь і дала своєму персонажу в користування заповітний плащик, загорнувшись у який Гаррі та його друзі могли залишатися невидимими для людського ока. Таким чином, люди ще з давніх-давен мріють про предмети - невидимки.

У пізнавальній літературі я виділив умови, у яких предмет стає невидимим:прозорість, безбарвність, злиття з довкіллям. Не дарма заєць узимку білий, влітку сірий, а щоб бути невидимкою для своїх ворогів. Тому хочеш бути невидимим - маєш бути відповідний камуфляж.Камуфляж ( фр. camouflage - «маскування») -маскувальна фарбування, що застосовується для зменшення помітності людей, озброєнь, техніки, споруд, атакож захисне забарвленнятварин , що з'явився в результаті пристосування до навколишньому середовищі. Деякі види, наприкладхамелеон , восьминіг , кальмар або камбала здатні змінювати забарвлення тіла під колір обстановки.

Німецькі вчені створили плащ - невидимку, що дозволяє повністю злитися з навколишніми предметами. Головний секрету спеціальному матеріалі, що покритий мільйонами полімерних блоків, розмірів у сто мікрон. Вони дозволяють зробити так, що на людину проектується те, що знаходиться за її спиною.

Під час навчань британський танк зник на очах присутніх, начебто розчинився у повітрі. Це був не обман зору, просто британські військові проводили випробування спеціального виду камуфляжу для військової техніки, що дозволяє техніці ставати невидимою. Японські військові усьому світу демонструють розробку вчених. Їхній плащ також допомагає в маскування. Він виготовлений з особливої ​​матерії на основі технології нано. Ця тканина складається з мільйона частинок, схожих на бусинки. У кожну з них вмонтовано мініатюрні камери та екрани. Ці камери знімають те, що відбувається за спиною, а потім передають відео на екрани, вмонтовані у тканину. Таким чином, спостерігач дивиться ніби крізь людину в чарівному одязі. У японського плаща - невидимки-є серйозний недолік. Тканина, з якої його шиють, дуже дорога. Її легко пошкодити: адже камери та телеекрани вимагають дбайливого відношенняА це означає, що солдат повинен бути дуже обережним, інакше апаратура зламається і вся його невидимість пропаде. Саме тому японські військові не поспішають переодягати своїх солдатів у плащі – невидимки. Російські вчені теж працюють над створенням плащів – невидимок. Вони розробили повністю штучний матеріал, який має тривимірну структуру і ніби заломлює промені світла. У результаті вийшла тканина, яка здатна зробити людину невидимою. Принцип дії такого матеріалу простий: світло, що падає на плащ, не відображається, а хіба що огинає його, тобто створюється ілюзія, обман зору. Тому помітити людину одягнену в плащ із такої тканини неможливо. У всіх плащів - невидимок є одне слабке місце- Вони здатні обдурити людський зір, а от прилад нічного бачення не можуть. Тому російські вчені працюють у цьому напрямі і незабаром з'являться нові плащі – невидимки, які ховатимуть не лише людей, а й техніку. Та армія, яка використовуватиме сучасні винаходи, матиме переваги у військових діях. Саме з цією метою і створюється тканина – невидимка.

Я думаю, що в майбутньому вчені винайдуть ще й звуконепроникні та запахонепроникні плащі. Такі плащі можна буде використовувати у мирних цілях. Наприклад, у них можна спостерігати за дикими тваринами, щоб не порушувати їхнього спокою.

Не лише предмети можна зробити невидимими, а й текст. Це можна зробити невидимим чорнилом. Їх називають ще симпатичними.

Записи таким чорнилом спочатку невидимі і стають видимими тільки за певних умов (нагрів, освітлення, хімічний проявник). Ще здавна люди знали рецепти такого чорнила. Як чорнило можуть використовуватися: молоко, лимонна кислота, сік цибулі, яблучний сік, віск, пральний порошок, крохмаль. Використовували їх у таємному листуванні.Зазвичай процес запису здійснюється наступним чином: перший шар - наноситься важливий запис невидимим чорнилом, другий шар - нічого не означає запис видимимичорнилом . Перевірю дію такого чорнила під час експериментів.

Експеримент №1

Гіпотеза: Я припускаю, що записи, зроблені молоком під час нагрівання, стануть видимими.

У філіжанку налив трохи молока. Взяв пензлик і зробив напис на аркуші паперу. Потім дав паперу добре просохнути. Напис зник і став невидимим. Потім поставив свічку до центру тарілки і запалив її. Взяв просохлий аркуш паперу і потримав його над полум'ям свічки на відстані не менше 10 см. Постійно рухав аркуш туди-сюди, щоб він не встиг спалахнути.Через кілька секунд я побачив, як на білому папері проявляються коричневі літери та малюнки, які я зробив.

Висновок: записи, зроблені молоком під час нагрівання, видимі. При нагріванні молоко «підгоріло» і записи стали видимими. Використовуючи таке чорнило, можна пограти в шпигунів.

Експеримент №2

Гіпотеза: я припускаю, якщо записи, зробленівоском, покрити аквареллю, вони стануть видимими.

Я взяв аркуш паперу і виконав свічкою записи. Записи були непомітні на білому папері. Потім аквареллю покрив лист, і запис можна було прочитати.

Таким чином моя гіпотеза підтвердилася.
Висновок : записи, зробленівоском, покриті аквареллю видно.

Це стало можливо тому, що віск не розчиняється у воді. А акварельні фарби на водяній основі. Такий прийом з воском можна використовувати не тільки в таємному листуванні з друзями, але і як фокус і в образотворчому мистецтвівиконання малюнків.

Я вирішив виконати серію малюнків у такій техніці.

Висновок

У ході проведеного дослідження мети досягнуто, поставлені завдання вирішено. Гіпотеза підтвердилася: вивчення теми «Невидимки», допомогло мені відповісти на запитання: «Невидимки – це реальність чи казкова вигадка?»

У ході дослідницької роботи я зробив наступнівисновки:

1. Слово «невидимка» має кілька значень:

Тонка, непомітна шпилька або шпилькадля жіночої зачіски;

- предмет-невидимка – у казках: шапка, що робить невидимим того, хто її надягає;

Невидима істота, тобто недоступна зору, непомітна;

2. Люди здавна мріяли про предмети-невидимки. Мрії реалізовувалися у казках, міфах, легендах, мистецьких творах.

3. Умови, за яких предмет стає невидимим:прозорість, безбарвність, злиття з довкіллям.

4. У навколишньому світі використовуєтьсякамуфляж -

Невидимість століттями була третьою мрією людства після польотів та здатності бачити те, що далеко. Сьогодні для першого є літаки, а для другого – телебачення та інтернет. Які технології дозволять нам навчитися зникати за власним бажанням у майбутньому? Шкіра кальмара, відсутній хмарочос і матеріал-ошуканець Т&P вивчили розробки сучасних учених, щоб відповісти на це питання.

Насамперед, погана новина: зробити живе тіло невидимим за допомогою еліксиру поки що неможливо. Англійський письменник і публіцист Герберт Уеллс у своєму романі «Людині-невидимці», написаному в 1897 році, пояснював: «Тіла або поглинають світло, або відбивають, або заломлюють його, або всі разом. Якщо тіло не відбиває, не заломлює і не поглинає світла, воно не може бути видимим самим собою. Якщо ви покладете шматок звичайного скла у воду або, ще краще, в якусь рідину, щільнішу за воду, то ви скла майже зовсім не побачите, тому що світло, переходячи з води в скло, переломлюється і відбивається дуже слабо, і взагалі не піддається майже жодному впливу». Іншими словами, щоб зробити тіло невидимим, потрібно зменшити коефіцієнт заломлення його тканин (шкіри, м'язів, внутрішніх органів та кісток) до коефіцієнта заломлення повітря. Ні фізика, ні фізіологія сьогодні не дозволяють нам цього зробити: невидимі очі не зможуть вловлювати світло, а для зміни оптичних властивостей тканин потрібно так перекроїти обмін речовин, що стане не зрозуміло, як жити з цим. Ідея шапки-невидимки теж виглядає сумнівно: вона повинна тимчасово змінювати оптичні властивості не тільки живих тканин, а й одягу та взуття, - предметів, виготовлених із зовсім інших матеріалів, часто змішаних та синтетичних.

Як влаштований плащ-невидимка

Плащ-невидимка працює зовсім не так, як шапка або еліксир: не змінюючи властивостей предмета, він може направити промені світла в обхід і змусити стороннього спостерігача бачити лише те, що позаду. Сьогодні субстанції з такими властивостями вже є: це метаматеріали з негативним кутом заломлення, що змушує промені світла огинати об'єкт і робить його невидимим для ока.

Першопрохідником у сфері створення таких метаматеріалів став фізик Імперського коледжу в Лондоні, сер Джон Пендрі. У середині 90-х він припустив, що досягнення потрібного кута заломлення можливе не стільки за рахунок хімічного складу молекул, скільки за рахунок їхнього розташування. Вчений виходив із усім відомого факту: на межі середовищ хвилі можуть відбиватися чи заломлюватись, а всередині середовища – поглинатися чи проходити крізь неї. Він запропонував використовувати матеріали, до складу яких входить метал (провідник електрики) та діелектрик. Проте, коли у 2006 році дійшло до дослідів, з'ясувалося, що метаматеріали Пендрі роблять предмети невидимими лише в інфрачервоному діапазоні. Тоді професори Мічиганського університету Олена Семушкина та Сян Чжан запропонували відмовитися від металу та використовувати тільки діаелектрики: наприклад, одновісні кристали, для яких характерне подвійне променезаломлення за всіх напрямків падаючого світла, крім одного.

Щоб зробити плащ-невидимку, такі кристали почали досліджувати фізики з Бірмінгема. Незабаром їм вдалося створити матеріал із одновісними кристалами нітриду кремнію на прозорій нанопористій підкладці оксиду кремнію. Коли всі кристали опинилися на підкладці, вони проробили отвори нанометрового діаметра. В результаті вийшло гладке оптичне дзеркало, яке здатне приховувати об'єкти у видимому діапазоні. Саме таку технологію, можливо, використовували канадські творці військових «зникаючих плащів», які поки що тримають склад свого матеріалу в секреті.

Quantum Stealth: матеріал-обманник

Канадська компанія Hyperstealth спеціалізується на камуфляжі та випускає тканину Quantum Stealth. Цей м'який матеріал обводить світло навколо об'єкта та дозволяє зробити його невидимим для очей, приладів нічного бачення та тепловізорів, а також приховує тінь. Матеріал працює без камер, батарей, ламп та дзеркал, мало важить і, за словами розробників, коштує недорого. Проте купити його поки що не можна, адже спочатку ця тканина була призначена для канадської, американської та британської армії. Військові та представники груп швидкого реагування почали тестувати Quantum Stealth у 2012 році. У квітні 2014 року Hyperstealth оголосила про запуск комерційного варіанту свого плаща-невидимки: Hyperstealth INVISIB. Його властивості будуть не такими дивовижними, як у армійського аналога, проте зникнень все одно можна буде досягти. Зараз компанія оформлює права інтелектуальної власностіна масову версію розробки. Вже наступного року вона, можливо, потрапить на ринок.

Вуглецеві нанотрубки: ефект міражу

Вчені з Університету Техасу в Далласі розробили технологію використання вуглецевих нанотрубок, яка дозволяє «прати» об'єкти. В її основі лежить ефект міражу, або фототермічне заломлення. Щоб змусити предмет зникнути, фахівці використовують циліндричні молекули вуглецю з високою теплопровідністю. Включаючи та вимикаючи подачу струму, вчені нагрівають та остуджують матеріал, змушуючи предмет за ним з'являтися та пропадати. Основна проблема техаського винаходу, тим не менш, полягає в тому, що для його роботи об'єкт, що приховується, неодмінно повинен знаходитися в контейнері з водою.

Зниклий хмарочос: очі навпаки

Американське архітектурне бюро GDS будує у Сеулі невидимий хмарочос Infinity. У висоту ця будівля сягатиме 450 м. Для будівництва її творці використовують бетон і скло, а невидимості планують досягти за рахунок використання оптичних відеокамер та дисплеїв на фасаді. Камери зніматимуть те, що знаходиться позаду хмарочоса, та транслюватимуть зображення на його стіни. Це створить враження, що ви дивитеся крізь будівлю, а то й не бачите її. Щоб дисплеї змогли точніше відображати пейзаж, Infinity матиме три вертикальні секції, кожна з шістьма сторонами. Щоправда, по кутах, на стику дисплеїв, хмарочос все одно виглядатиме помітним. Доки ми не винайдемо м'які дисплеї достатньої міцності, усунути цю проблему не вдасться.

Білок рефлектин: шкіра кальмара

Здатність каракатиць, кальмарів та восьминогів ставати невидимими у воді дозволила вченим з Університету Каліфорнії та Університету Дьюка створити «плащ-невидимку» для морських піхотинців. Вони використовували білок під назвою рефлектин, здатний підлаштовуватись під світло з різною довжиною хвилі. Фахівці знайшли його у тканинах шкіри кальмара лонгфін (Loligo pealeii), якого вивчали на замовлення Служби військово-морських досліджень США. Вони виявили, що у його тканинах чергуються шари клітин із високим і низьким показником заломлення. Скорочуючи та збільшуючи відстань між шарами, кальмар «відбиває» світло різного діапазону та змінює колір. Щоб відтворити цю здатність, вчені виділили рефлектин із клітин з високим показником заломлення та помістили шар цього білка на оксид-графенову та діоксид-силіконову плівку. Поперемінно обробляючи матеріал водяною парою та розчином кислоти, вони змогли змусити шар білка розширюватися та опадати, змінюючи колір. Фахівці кажуть, що їхня розробка стане «першим вирішальним кроком» до створення плаща, що зникає. Така самовпевненість зрозуміла: адже якщо, повторюючи за птахами, ми навчилися літати, чому б нам не навчитися бути невидимими, повторюючи за кальмаром?