Плащ-невидимка русского происхождения
Какое изобретение ни возьми — везде прослеживается русский след, только лавры достаются потом кому угодно, только не авторам-теоретикам из России-матушки. Так, похоже, получились и с плащом-невидимкой. Нет, конечно же, наш доктор физико-математических наук из Московского физико-технического института (МФТИ) Виктор Веселаго, разработавший в середине 60-х годов теорию “о средах с отрицательным коэффициентом преломления”, и не мыслил продвигать свою идею под скандальным названием “плащ-невидимка”. Наши ученые вообще сторонятся всяческого популизма. Зато плодами их творчества спустя десятки лет с успехом пользуются их иностранные последователи.
Итак, в 2006 году случилось важное событие: британский физик Джон Пендри вслед за советским ученым теоретически показал, что если использовать неведомый в природе материал с отрицательным показателем преломления, можно создать суперлинзу. Кроме того, такой материал позволяет создать оболочку — “плащ Пендри”, которую свет огибает, и наблюдатель не видит не только сам “плащ”, но и то, что находится внутри. При этом все предметы, расположенные за невидимым материалом, просматриваются так, как будто между ними и наблюдателем ничего нет.
Несмотря на то что тогда, в 2006-м, у сэра Пендри не было никаких практических наработок, Агентство передовых исследований при министерстве обороны США (DARPA) сразу выделило на научную работу в этом направлении солидный грант. С тех пор группа Пендри работает как заведенная, пообещав в ближайшем будущем сделать невидимым... танк.
Предела видимости уже не существует
Неужели это настолько реально? Просто фантастика какая-то, особенно на фоне наших, российских армейских будней: то ботинок солдатам не хватает, то ракеты не запускаются. С небес на землю нас спустил руководитель отделения оптики Физического института РАН им. П.Н.Лебедева Анатолий МАСАЛОВ.
— Не следует полагать, будто Пендри изначально ставил себе задачу изобрести “плащ-невидимку”, — сказал он. — Всем серьезным ученым, каким, безусловно, является и Пендри, понятно, что это просто популистский ход, способ зарабатывания денег на развитие науки.
Так-то оно так, но на голом месте эта тема возникнуть не могла. По словам ученого, разговор о “плаще Пендри” возник в связи с парадоксальностью ситуации. Все материальные частицы, включая отдельные атомы и молекулы, реагируют на свет. Это дало возможность изучить строение электронных оболочек практически всех элементов таблицы Менделеева. По рассеянию света исследователи многое узнали о строении молекул, изучают атомы. Но свет, который может быть помощником только при работе с традиционными линзами, не дает возможности различать отдельные части крупинок вещества, которые имеют размер в доли микрона и менее. Это считается пределом оптической микроскопии.
И Пендри, и Веселаго прежде всего старались не скрыть вещество, а лучше его рассмотреть. Для этого понадобились суперлинзы из необычных, не существующих в природе материалов (их еще называют метаматериалами). В отличие от традиционных они могут иметь как раз тот самый отрицательный показатель преломления. Взгляд исследователя при помощи такой линзы уже способен заглянуть туда, куда раньше не удавалось, — увидеть крупинки материи, величина которых измеряется нанометрами — тысячными долями микрона. Именно о такой возможности говорил Веселаго. Создание метаматериалов — вот настоящий вызов ученым!
— Ну а “плащ-невидимка” стал просто красивым ходом Пендри, — считает Масалов. — “Что будет, если крупинку вещества поместить на новый материал и сделать эту парочку объектом наблюдения?” — решил он. Так, похоже, и возникла необычная оптическая ситуация, когда частица вещества стала невидимой, то есть “накрылась плащом Пендри”. Потом за идею о плаще-невидимке ухватились популяризаторы и журналисты. Шумиха способствует денежным вливаниям в науку, поскольку такая спекуляция звучит заманчиво.
— Так ведь вслед за теорией такой материал действительно был создан.
— Да, это свершилось. Рукотворные среды с отрицательным показателем преломления уже существуют. По ходу физикам из Калифорнийского университета в Беркли даже удалось спрятать под “ковром-невидимкой” некоторое количество вещества, но, уверяю вас, это было сделано только для демонстрации правильности принципов создания метаматериалов. Тема “плаща-невидимки” сама по себе является “плащом” — правда, видимым и даже очень ярким, которым прикрываются серьезные исследования. Ведь обывателю эта тема более понятна и приятна, нежели какие-то скучные микроскопы и линзы с отрицательным показателем преломления, а значит, будет гораздо легче расставаться с налогами, которые пойдут потом на такое открытие.
Быль об исчезнувшей молекуле
— Увы, меня как обывателя тоже прежде всего интересует: что или кого исследователи сделали невидимым?
— Частичка вещества нанометрового размера была помещена на подложку и накрыта слоем “плаща-невидимки” почти такого же наноразмера. Что же касается самого “плаща”, он изготавливался примерно следующим образом: представьте, что вы создаете кристалл из очень-очень маленьких и тоненьких серебряных проволочек или трубочек. Если эти проволочки нанометрового размера и вы их расположите в определенном порядке, то может получиться рукотворная среда с новыми свойствами, например с отрицательным показателем преломления. Это и есть то, что называют “плащом-невидимкой”. Свет огибает частицу, помещенную в этот “плащ”, не выявляя ни одного из ее оптических свойств. Самые свежие новости о подобных опытах я слышал от Владимира Шалаева, — вспоминает Масалов. — Это наш соотечественник, который работает в Америке, в Университете Пердью. На пути создания новых сред он получил весьма интересные результаты. Так вот, Шалаев рассказывал, что структурой, которой он окружал частицу материи, чтобы сделать ее невидимой, служил волновод особого типа. Этот волновод разводил в стороны и сводил обратно световые волны от скрываемого вещества.
— И вы все равно не верите в то, что из микроскопического “плаща-невидимки” может получится нечто осязаемое?
— Не верю, потому что создание метаматериалов сродни Великому Творению — куда более интересное дело, чем заказ на плащи-невидимки. Не могут настоящие ученые заниматься этим.
— Но ведь это была бы полезная вещь. Я разговаривала с нашими военными, которые были бы не прочь получить на вооружение такую разработку. Невидимый отряд солдат или самолеты-невидимки могли бы стать хорошим подспорьем при проведении боевых действий.
— Я свое мнение уже высказал. И если вы спросите, какая польза от труда физиков-исследователей, то читателям “МК” я отвечаю: физики не занимаются паянием чайников. Мы готовим почву для будущих практических вещей. К сожалению, руководители страны этого не принимают — финансирование Российской академии наук находится на очень низком уровне.
— Почему же вашим коллегам за рубежом удается выбивать деньги на науку?
— Потому что, во-первых, выбивать деньги надо не из пустого мешка! А во-вторых, сегодня западные исследования ведутся такими темпами, который большинству наших лабораторий практически недоступен. А в западной науке не было того периода безденежья, который переживаем мы. Поэтому на Западе есть и результаты, среди которых легче выбрать “клубничку” и красиво пустить пыль в глаза налогоплательщикам. “Плащ-невидимка” — это яркий тому пример.
Поймите, существует слишком большая разница между способом привлекать деньги в науку и реальным направлением работы. Ведь наука развивается не потому, что это кому-то надо. Когда Фарадей делал свои опыты по электромагнетизму, его спрашивали: “Ну зачем вы это делаете?” Знаете, что он отвечал? “Наверное, на основе этого можно будет делать детские игрушки...” А что мы видим теперь? Благодаря Фарадею мы имеем электрогенераторы на гидроэлектростанциях, которые производят главную для нашей бытовой жизни энергию.
— Но ведь и электрические игрушки тоже существуют...
— Есть, но они — не главное, главное — это повседневное электричество. Или другой пример — исследования люминесценции веществ, которые проводил в нашем институте его тогдашний директор Сергей Иванович Вавилов в 30—40-е годы прошлого века. Были скептики, которые говорили: “Какая “удобная” наука! Что за вещество ни возьми — оно будет люминесцировать”. Сегодня благодаря этим исследованиям мы имеем мощный оптический метод анализа веществ, детекторы заряженных частиц на эффекте Вавилова—Черенкова (Нобелевская премия 1958 г.) и, конечно же, люминесцентные лампы. Стоило бы выплатить Академии наук хотя бы один процент той экономии, которую принесло люминесцентное освещение народному хозяйству за 70 лет…
Телепортация для несогласных
“С помощью нашего метода вы сможете спрятать несколько предметов под одним покрывалом, а также перемещать предметы внутри него — при этом они останутся невидимыми”, — пояснял доктор Пендри. Его соратники, тоже британцы, пошли еще дальше. Их самая свежая концепция сводится к созданию “плаща-невидимки”, способного скрыть от наблюдателя не только предмет, но и целое событие, целый временной отрезок. К примеру, на площади, находящейся под непрерывным наблюдением видеокамер, происходит стихийный митинг. Или “Марш несогласных”.
Используя специальное устройство, ученые создают на этой площади пространственно-временной коридор. Митинг длится некоторое время, произносятся пламенные речи. После чего все расходятся. В течение всего времени, пока работал пространственно-временной “плащ-невидимка”, видеокамеры передавали на пульт в режиме реального времени... безлюдную площадь, какой она была до митинга.
Конечно, если такой “плащ-невидимка” попадет в руки криминальным личностям, такие события, как вскрытия сейфов в охраняемых помещениях, забьют все остальные новости в информационных сводках дня.
“Зато какой прогрессивный скачок переживут иллюзионисты! — предвкушают исследователи. — Ведь они смогут создавать видимость настоящей телепортации объектов. Стороннему наблюдателю будет казаться, что неизлучающий предмет, находящийся в точке А, под прикрытием пространственно-временного “плаща” преодолел отрезок до точки В мгновенно”.
— А чем, собственно, эта задумка западных ученых отличается от настоящей телепортации? — задала я вопрос Анатолию Масалову.
— Прежде всего телепортация предметов — это опять-таки не область научных изысканий. Однако термин “телепортация” связан с относительно недавней шумихой, возникшей на основе реальных опытов по телепортации квантовых состояний объектов. Чуть больше десяти лет назад это осуществили австрийские физики, “телепортировав” квантовое состояние одного фотона (световой частицы) на другой. Рассказать о телепортации квантовых состояний на бытовом языке непросто, потому что квантовое состояние — это такая сторона “жизни” микромира, которая не похожа на жизнь макрочастиц и тем более повседневных предметов. Но самое поучительное в этой истории — тот небывалый взрыв фантазий в средствах массовой информации, который несколькими волнами накатывался на читателей после этих опытов. Прошло 13 лет, об этом буме общество забыло. Но развитие тех исследований сегодня открывает невиданные и весьма реальные перспективы для создания квантовых компьютеров и квантовых каналов связи. Так произойдет, на мой взгляд, и с “плащом-невидимкой”. О нем забудут. Зато пройдет немного времени, и метаматериалы изменят нашу жизнь, так же, как это сделали лазеры и микроэлектроника.
Итак, по мнению, наших ученых, “плащ-невидимка”, как и всевозможные шапки и штаны-невидимки, относится к области фантастики. Их западные коллеги, наоборот, не гнушаются ничем, лишь бы продвинуть тему, вызвать к ней жгучий интерес. Если первая позиция более честная, то другая — уж точно более результативная.
