Это надо не видеть: можно ли создать человека-невидимку

Возможность становиться невидимым тысячелетиями будоражила человеческое воображение и входила в топ желаний наряду с полетами, сверхсилой и сверхзнанием. Насколько идея создания человека-невидимки фантастична и можно ли ее реализовать?

Роман Герберта Уэллса «Человек-невидимка» вызвал настоящий фурор. В конце XIX века предположения, что можно сделать физическое тело невидимым, были беспочвенной фантазией. Однако в последние годы выяснилось, что невидимость — не сказка, а как минимум — научная фантастика. А может, даже уже и не фантастика вовсе.

На самом деле не совсем правильно начинать отсчет от 1897 года, с романа Уэллса. Герои братьев Гримм или японских сказок разгуливают в плащах, делающих невидимыми их владельцев (и даже содержимое их желудка). Упоминание шапки-невидимки можно встретить и в «Руслане и Людмиле» Пушкина.

Уэллс просто попытался облечь фантазию в научную обертку. У него получился хороший роман, но крайне слабый научный прогноз. Ошибка Уэллса в том, что он смотрел не в ту сторону. В его времена казалось более прогрессивным думать об изменениях плоти, чем о каких-то сказочных плащах.

Прозрачные намеки

Помните старый анекдот из двух строчек?

— Эх, хорошо бы ученые придумали устройство, позволяющее смотреть сквозь стены!
— Такое устройство уже есть, оно называется окно.

Некоторые предметы мы можем сделать невидимыми своими руками. Положите кусок стекла в воду — оно станет фактически невидимым, ведь если тело не поглощает, не преломляет и не отражает свет, оно — невидимо.

Выходит, чтобы сделать человека невидимым, нужно всего-то уменьшить коэффициент преломления его тканей (до коэффициента преломления воздуха)? Увы. Для изменения оптических свойств тканей придется так перекроить обмен веществ, что вообще непонятно будет, как с этим жить. К тому же, человек-невидимка окажется совершенно слеп, ведь хрусталик глаза не сможет преломлять световые лучи и фокусировать их на сетчатке глаза, а колбочки и палочки в сетчатке — поглощать свет.

Кроме того, показатели преломления воздуха постоянно меняются под влиянием массы факторов (от температуры до конвекции), и нам бы пришлось все время подстраивать показатель преломления тела под воздух. А что прикажете делать с одеждой, не ходить же голым? Значит, и одежду придется сделать невидимой тоже. Но если одежда невидима, то, возможно, она сможет сделать невидимым и того, кто под ней скрывается? Попробуем пойти этим путем.

Гении маскировки

Начнем с мимикрии. Если определять «невидимый объект» просто как «объект, который мы не видим», то стоит вспомнить о принципах эффективной маскировки, которые помогают хищникам охотиться на травоядных, а травоядным прятаться от них.

Чаще всего это мимикрия цвета (заяц-беляк зимой), или формы (богомол в виде засохшей веточки). Осьминоги и камбала умеют так мимикрировать, что их без лупы и не разглядишь — в частности, потому, что у них камуфляж адаптивный, они быстро меняют цвет и отчасти форму в зависимости от обстоятельств.

На этом свойстве в 2016 году был создан плащ-невидимка в лаборатории профессора Сусуми Тачи в Токийском университете. Происходящее позади человека, одетого в такой плащ, снималось на камеру и проецировалось на плащ.

А в 2020 корейские ученые, утверждавшие, что вдохновлялись умением осьминога мимикрировать, представили плащ из термохромного материала. Помните, термохромную кружку, меняющую цвет в зависимости от нагрева? Тот же принцип. Некоторые термохромные вещества имеют целый набор возможных цветов, меняющихся в зависимости от степени нагрева.

Проблема в том, что такая трансформация происходит очень медленно. Корейцы же решили эту проблему, подведя к каждому пикселю отдельное управление и питание. Их материал позволяет скрыться не только от невооруженного глаза человека, но даже от инфракрасных датчиков.

Однако мимикрия хороша, чтобы скрыться от одного наблюдателя. Но если множество людей смотрит на «невидимку» с разных ракурсов, кто-нибудь что-нибудь да заметит. Поэтому мимикрия и проигрывает истинной невидимости, при которой объект не поглощает и не отражает излучение.

Справиться с излучением радиолокационных станций можно — достаточно перенаправить его в сторону, что, кстати, военные с успехом и делают. Но со зрением такая штука не пройдет. Если мы просто заставим какой-то предмет ничего не отражать, то глаз увидит на этом месте черное пятно. Это совсем не тот эффект, которого хотелось добиться. В итоге, нам остается только заставить свет как бы «не замечать» маскируемый объект, словно проходить сквозь него. Звучит фантастически, но это теперь не такая уж и фантастика!

Рыцари невидимости

В 2004 году королева Великобритании произвела в рыцари Джона Пендри, физика-теоретика из Лондонского имперского колледжа. Сэр Джон удостоился этой чести за то, что в 2004 году описал условия, при которых появляется теоретическая возможность создания истинного, самого что ни на есть настоящего плаща-невидимки. Интересно, что англичанин продолжил работу, начатую российским ученым Виктором Веселаго еще за несколько десятков лет до самого сэра Джона.

В теории идея сэра Джона Пендри и его коллег выглядела привлекательной и понятной. Нужно лишь поместить предмет в специальную емкость, которая не будет поглощать или отражать световые лучи, а заставит их ее обогнуть. То есть долетел фотон света до емкости со скрываемым предметом, пробежал по ее боку, описав кривую, а затем вернулся на прежний курс и полетел дальше. Все выглядит так, будто свет прошел сквозь предмет.

Из чего же должны быть сделаны стенки такой емкости? Например, из метаматериалов. Это особый класс материалов, свойства которых определяет не столько их состав, сколько структура. Ученые могут создавать метаматериалы с необычайными характеристиками, которые в природе не встретишь. Например, обладающие отрицательным показателем преломления света.

Как это работает? Представьте, что вы погрузили в жидкость палец, а у жидкости отрицательный коэффициент преломления. Тогда вы увидите под поверхностью жидкости конец пальца, как бы указывающий наружу, на вас. Волшебство? Нет. Это наука. С помощью таких материалов можно заставить свет обтекать предмет и возвращаться на прежнюю траекторию.

Физики уже довольно близко подошли к подобным покрытиям, заставляющим световые лучи искривляться и обтекать их. Но нерешенные вопросы все еще остаются. Например, фон за невидимкой визуально будет находиться немного дальше, чем нужно, так что глаз заметит некую неправильность картинки.

Кроме того, белый свет — это смесь световых волн разной длины, от красных (800 нм) до фиолетовых (400 нм). Эти волны будут по-разному взаимодействовать с маскирующей средой. В результате есть опасность, что фон будет «расслаиваться» на разноцветные изображения. так что работать еще есть над чем.

Так верим или нет?

Совершенно очевидно, что сделать людей прозрачными невозможно. Для этого нет никакой теоретической базы и абсолютно никаких идей. Другое дело — изготовить «плащ-невидимку», который обтекают световые лучи. Над этой проблемой в мире работают десятки, если не сотни научных групп. Они уже опубликовали множество интереснейших результатов.

И некоторые эксперты считают, что до внедрения невидимости в повседневную практику остались считанные годы, в крайнем случае — десятилетия. Так что ждем коллекцию невидимой одежды в будущем.