Главная Общество Наука

Технологии невидимости позволяют создать "электромагнитную червоточину"

Международная группа математиков, которая год назад прославилась разработкой математически строгого доказательства возможности создания "плаща-невидимки", теперь сумела показать, что та же самая технология может быть использована и для создания "электромагнитной червоточины" (electromagnetic wormhole).

Новое исследование опубликовано 12 октября в журнале Physical Review Letters (PRL). Профессор математики из американского Рочестерского университета (University of Rochester) Аллан Гринлиф (Allan Greenleaf) и его соавторы - Матти Лассас (Matti Lassas) из Хельсинского технологического университета, Ярослав Курылев (Yaroslav Kurylev) из Лондонского университетского колледжа и Гюнтер Ульман (Gunther Uhlmann) из Вашингтонского университета - считают, что полученные ими новые результаты открывают возможность построения (на основе специальных метаматериалов (metamaterials), управляющих огибающими тела лучами) своего рода невидимого туннеля между любыми двумя заданными точками в пространстве (таким образом в каком-то смысле решая проблему скрытного передвижения объектов).

"Вообразите, что плащ-невидимка Гарри Поттера обернут вокруг длинной трубы, - говорит Гринлиф. - Если материал этого плаща изготовлен согласно нашим спецификациям, то вы можете поместить объект в один конец этой трубы, пронаблюдав, как он исчезнет, а после перемещения предмета по всей длине нашего туннеля увидеть, как он вновь появится на другом его конце".

К сожалению, на современном технологическом уровне можно изготавливать объекты, невидимые лишь в каком-то одном, причем, как правило, достаточно длинноволновом (например, микроволновом) диапазоне, однако математическая теория демонстрирует возможность распространения эффекта червоточины и на электромагнитные волны всех частот.

То, что плащ-невидимка теоретически мог бы быть изготовлен, первоначально удалось показать Джону Пендраю (John Pendry), британскому физику-теоретику из Лондонского имперского колледжа (Imperial College London) и его коллегам, затем группа Дэвида Смита (David Smith) из Университета Дьюка (Duke University, штат Северная Каролина, США) доказала принципиальную работоспособность этой технологии на деле (соответствующие публикации - в журнале Science).

В основе всего лежит эффект "искривления пространства", однако реально искривляется лишь путь электромагнитного излучения (плавное изменение направления движения световых пучков в неоднородных средах обычно называют рефракцией), порождая своего рода мираж. Понятие "червоточины" (в нашей научно-популярной литературе более популярен термин "кротовые норы") как раз и отсылает к дыркам, "прогрызаемым" в пространственно-временной метрике и позволяющим совершать фантастические почти моментальные перемещения в пространстве и даже путешествовать во времени.

В принципе, в природе уже есть объекты, которые (в полном соответствии с Общей теорией относительности Эйнштейна), способны искривлять световые лучи, заставляя их огибать предметы (речь о массивных звездах и квазизвездных объектах). Примерно такая же задача стоит и перед метаматериалами, разделяющими свет на два или большее число огибающих тело потоков и в результате приводящих к новой волновой картине, имитирующей для внешнего наблюдателя состояние без маскируемого предмета. "Плащ" заставляет лучи огибать цель таким образом, что наблюдателю кажется, будто в этом месте вообще ничего нет, он видит те предметы, что расположены за скрытым пятном.

Метаматериалы, которые позволяют обращаться со световыми лучами подобным образом (т.е. обладают совершенно нетривиальными оптическими свойствами), в естественном виде в природе не встречаются, и их необходимо еще особым образом проектировать. То, что пока условно называют "метаматериалами", - это просто достаточно мелкие структуры (например, для микроволнового диапазона их можно изготовить из стекловолокна, пронизанного особыми полостями), и проводящих элементов.

Гринлиф и его соавторы видят несколько возможных применений для своей новой технологии, которые реализуемы уже в самом ближайшем будущем, так как, в принципе, могут и не требовать всеволнового диапазона. Так, в эндоскопической хирургии, где хирург проводит операции, руководствуясь изображением, получаемым с помощью магнитно-резонансной томографии (MRI-сканирования - от Magnetic Renonance Imaging), в настоящее время возникает масса проблем, связанных с тем, что мощные магнитные поля, производимые MRI-сканером, взаимодействуют с инструментами хирурга, и эти инструменты могут искажать картинку. Гринлиф считает, что передача инструментов через электромагнитные червоточины поможет эффективно скрывать их от таких полей, что и позволит избавиться от искажений (видны будут только небольшие наконечники инструментов).

Источники:
'Electromagnetic Wormhole' Possible with Invisibility Technology - University of Rochester Press Releases
'Invisibility cloak' technology may facilitate 'electromagnetic wormhole' generation - Dailyindia.com/ANI

Ссылки:
Шапка-невидимка в оптическом диапазоне: первые экспериментальные результаты - "Элементы"
Возможность существования плаща-невидимки сведена к математической теореме - "Элементы"
"Плащ-невидимка" получил математическое объяснение - CNews
Метаматериалы вплотную подошли к оптическому диапазону - "Элементы"
IT-байки: О невидимости, мнимой и настоящей
Дожили… плащ-невидимка - создан! - iXBT.com
Учёные создали "шапку-невидимку" - "Компьютерра"
Новое устройство невидимости скрыло себя в микроволновом диапазоне - "Мембрана"
Оптический "нано-тюль" выходит в видимый дипазон
Metamaterial Electromagnetic Cloak at Microwave Frequencies - Science Express - Schurig et al.
The Science Fact and Fiction of Invisibility
Cloaking device - Wikipedia

Статья

Первым делом самолеты

Уникальная компьютерная модель, разработанная французскими и британскими математиками, показывает принципиальную возможность создания объектов размером с самолет или субмарину, которые казались бы невидимыми даже с небольшого расстояния.

Статья

Эльфийский плащ стал реальностью

Американские исследователи сумели продемонстрировать вполне работоспособный образец покрытия, делающего невидимым все, что под ним скрыто. Работает это пока, правда, только в микроволновом диапазоне, и невооруженным взглядом эффект невидимости наблюдать не удастся.

Статья

Рентген вернет драконовские законы

Удалось продемонстрировать работоспособность нового метода рентгеновской флюоресценции, позволяющего реконструировать, казалось бы, навсегда исчезнувшие надписи на каменных табличках 2000-летней давности.

Статья

Наномандала принесет в мир нанотехнологий буддистское счастье

Организованное взаимодействие отдельных атомов в нанотехнологии имеет некоторое сходство с картинами, возникающими под руками трудолюбивых буддистских монахов, создающих из цветного песка в ходе специальных таинств так называемые песочные мандалы. Цели и методы создания такой мандалы в восточных и западных культурах, конечно, довольно сильно различаются.

Статья

Безделушки из наночастиц предвещают технологический переворот

Физики из Китая, Японии и США научились создавать внутри стеклянных пластинок объемные структуры, составленные из золотых наночастиц.

Статья

В эксперименте впервые наблюдался обратный эффект Доплера

Существование предсказанного еще в 40-х годах прошлого века так называемого обратного доплеровского эффекта было впервые подтверждено экспериментально. Британские исследователи признают, что их результаты в какой-то мере противоречат обычному здравому смыслу, однако утверждают, что все это может найти реальное применение в медицинских источниках излучения и в телекоммуникационной технике.

Статья

В "темном свете" обнаружены оптические вихри и скрытые цвета

Физики из Университета Глазго впервые наблюдали скрытые цвета, которые, как недавно было предсказано, должны существовать в "темном свете". Феномен темного света тесно связан с областями пространства, известными как "фазовые дислокации" или сингулярности, которые изучаются в рамках сингулярной оптики. Кроме всего прочего, подобные эффекты могут применяться для того, чтобы заманить в ловушку и вращать микрообъекты в своеобразном "оптическом пинцете".

Статья

Американские физики спасли теорию Эйнштейна: информация действительно не может передаваться быстрее света

Группа американских физиков, не щадя своего времени и средств, помогла торжеству здравого смысла: они доказали, что следствие не может предшествовать своей причине. Эксперименты подтвердили, что недавнее сенсационное исследование, согласно которому свет, казалось, распространялся со скоростью, превышающей его же собственную скорость в вакууме, не противоречит основополагающему для физики понятию причинно-следственной связи.

Статья

Последняя нерешенная проблема классической физики близка к решению благодаря сверхтекучему гелию

Это кажется невероятным, но теории гидродинамической турбулентности в завершенном виде не существует до сих пор, созданы только так называемые полуэмпирические теории турбулентности. Вообще это является одной из важнейших проблем современной теорфизики. Теперь сделан важный шаг в описании турбулентности в сверхтекучем гелии-3, что может помочь, наконец, в решении проблемы турбулентности и в классических жидкостях.

Статья

Новая теория шаровых молний

Джон Джилман из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе недавно предположил, что по крайней мере одно из свойств шаровой молнии - когезию (cohesion), способность удерживать частицы, составляющие оболочку светящегося шара, вместе на протяжении десятков секунд или даже минут - можно объяснить в терминах атомов Ридберга. Однако другие исследователи, занимающиеся изучением этого феномена, отнеслись к такому выводу скептически.

Статья

Когда сказка станет пылью... (Нанотехнологии: революция начинается)

В самые ближайшие годы произойдет технологическая революция, в результате которой мы обзаведемся портативными мощными хранилищами памяти, всевидящими глазами и всеслышащими ушами, невидимыми помощниками, готовыми исполнить любую прихоть, и к тому же станем практически бессмертными.

Статья

Силу, возникающую из пустоты, приспособят к чему-нибудь путному

Генрих Казимир еще в 1948 году предложил эксперимент, который мог бы подтвердить квантовую теорию физического вакуума (то, что вакуум на самом деле не пуст, а заполнен то и дело виртуально возникающими и исчезающими парами частиц и античастиц). Теперь американские исследователи сумели проверить этот эффект с точностью до 0,5 %. Выяснилось, что эффект Казимира действительно должен серьезно влиять на наноразмерные устройства.

Статья

Разработана батарейка для наномашин

Американские исследователи запатентовали технологию, позволяющую создавать батарейки поперечником в тысячные доли миллиметра. Изготовление таких микроскопических блоков питания - первый и едва ли не самый неотложный шаг к построению реально работающих наномашин. Сверхминиатюрные роботы могли бы производить химический анализ окружающей среды или вводить микропорции лекарства, находясь в человеческом организме.

Статья

"Теорема несокрытия" и информационный парадокс черных дыр

Теорема, выведенная физиками-теоретиками из Великобритании и Индии, непосредственным образом касается информационного парадокса, возникающего в связи с изучением едва ли не самых загадочных объектов нашей Вселенной - черных дыр.

Статья

Раскрыта тайна загадочного античного калькулятора

Удалось раскрыть тайну замысловатого античного "калькулятора" - так называемого Антикитерского механизма, который был найден ныряльщиками за губками в 1902 году. Свыше двух тысячелетий этот артефакт покоился среди останков кораблекрушения вблизи греческого острова.

Статья

Информация может быть отрицательной

То, что истинно в нашем обычном повседневном мире, может совершенно не работать в случае сверхмалых расстояний. Теперь выясняется, что существование "отрицательного знания" вполне возможно в условиях квантового мира.

Статья

Вниз по "кротовой норе"

Гипотетическая субстанция с отрицательным давлением, необходимая для изготовления "червоточин" (то есть особых каналов в пространственно-временном континууме, по которым можно почти мгновенно перемещаться во времени и пространстве), похожа на недавно открытую темную энергию, благодаря которой космическое пространство расширяется с возрастающей скоростью.

Статья

Новые машины превратят наши дома в мини-фабрики

Суперпринтеры- репликаторы, которые способны "напечатать" самые разнообразные применяемые в повседневном быту вещи - от чашки до кларнета, - причем очень быстро и дешево, могут появиться едва ли не в каждом нашем доме в самые ближайшие годы. Изготовление многих нужных вещей в домашних условиях позволило бы уменьшить их стоимость до нескольких фунтов, при этом можно было бы забыть про огромные фабрики и многочисленные магазины.

Статья

Математики нашли новую идеальную форму

Сталактиты растут за счет просачивания воды сквозь трещины, щели и поры в сводах пещеры. Их формы могут быть весьма прихотливыми, однако, как выясняется, в основе каждого такого образования лежит одна и та же уникальная математическая формула, определяющая его идеальную форму.

Статья

"Отпечатки пальцев" в небе нашли свое объяснение

Группа физиков опубликовала статью, где дается объяснение известного с позапрошлого века феномена, который в буквальном смысле слова находится перед нашими глазами, но до сих пор не поддавался удовлетворительному объяснению. Речь идет о поляризации света в дневном небе и о тех фигурах, что можно наблюдать в поляризационных очках.

Статья

Математики научились создавать отпечатки пальцев

Отпечатки пальцев криминалисты уже давно привыкли использовать в интересах следствия, однако, как ни странно, ученым до сих пор был непонятен конкретный механизм формирования прихотливых папиллярных линий. Теперь американские математики смогли воспроизвести эти структуры с помощью компьютерных симуляций.

Статья

Утверждается, что доказана знаменитая гипотеза Римана

Известный французский математик Луи де Бронж де Бурсиа, заведующий кафедрой в американском Университете Пардью, утверждает, что ему удалось доказать знаменитую гипотезу Римана. В случае, если коллеги профессора де Бронжа не обнаружат ошибок в этой пока еще не опубликованной работе, он получит премию, равную миллиону долларов.

Статья

Немецкие математики установили, что Вселенная по форме напоминает дудку

Вселенная может иметь форму не какого-нибудь там шара или додекаэдра, а... рожка или горна. Точнее говоря весь наш космос вытянут в этакую длинную трубку, с узким концом с одной стороны и "раструбом" с другой. Такая "конструкция" нашей Вселенной кроме всего прочего подразумевает, что она конечна, а в каких-то ее местах встречаются области, где можно увидеть собственный затылок.

Статья

"Эффект бабочки": машина времени и Интернет

"Эффект бабочки" прочно ассоциируется не только с фантастической посылкой Эдварда Лоренца, но и с одним из самых знаменитых рассказов Рэя Брэдбери, который посвящен путешествиям во времени. Ученые-компьютерщики из Корнельского университета решили "перекинуть мостик" от атмосферных исследований и машины времени к сегодняшнему миру Интернета, транснациональных корпораций, терроризма и пандемий. Вопрос об "баттерфляй-эффекте" может быть перефразирован тогда следующим образом: "Может ли единственный "мессидж" по электронной почте из Бразилии вызвать поток необратимых событий в штате Техас?"

Статья

Скрипка и футбольный мяч: ученые вычисляют форму космоса

Первоначальная обработка данных, полученных зондом WMAP, казалось, подтвердила теорию, что наш мир является бесконечным и "плоским", однако интерпретация очередного массива данных от того же самого зонда дает теперь уже совершенно противоположный результат: окружающий нас космос может быть не только конечным, замкнутым и сравнительно небольшим по объему, но и имеет форму додекаэдра. Это своего рода 12-сторонний зал с волшебными зеркалами, создающими иллюзию бесконечности за счет отображения нескончаемого ряда копий одних и тех же звезд, находящихся, правда, на разных этапах своего развития.

Статья

"Твикинг" гравитации покончит с потребностью в странных силах

Факт существования темной энергии, казалось бы, однозначно подтвержден наблюдениями за удаленными сверхновыми и экспериментами с микроволновым космическим фоном. Однако теперь группа американских физиков показывает, что факт непрерывно ускоряющегося расширения Вселенной, который лег в основу подобной гипотезы, можно объяснить и не призывая на помощь мистическую "дарк энерджи".

Статья

Экспериментаторы ищут новые силы, предсказанные теориями суперструн

Самый чувствительный на настоящее время эксперимент по оценке гравитационного взаимодействия на сверхмалых расстояниях не дал новых козырей в руки сторонников теории суперструн. Но, несмотря на все это, идеи дополнительных измерений становятся необычайно популярными в связи с кризисом стандартных физических моделей, не способных объяснить новые наблюдения - ускоренно расширяющейся Вселенной, в которой царит темная энергия.

Статья

Стивен Хокинг считает, что окончательной теории Вселенной может и не существовать

Все теории, развиваемые до настоящего времени для того, чтобы объяснить Вселенную, "являются либо противоречивыми, либо неполными", - заявил Хокинг. Он сослался на работы Курта Гёделя, чешского математика, автора знаменитой теоремы Гёделя, согласно которой в пределах любой области математики некоторые суждения никак не могут быть ни доказаны, ни опровергнуты.

Статья

Загадочная рукопись свидетельствует о том, что Архимед знал комбинаторику

Две тысячи двести лет назад великий древнегреческий математик Архимед написал трактат под названием "Стомахион". В отличие от других текстов, принадлежащих перу Архимеда, содержание этого трактата и даже смысл самого названия в течение столетий были покрыты мраком. Теперь историки математики из Стэнфорда, разбиравшие старинный палимпсест, заявили, что способны все-таки пролить некоторый свет на тайну того, о чем шла речь в этом трактате.

Статья

Уфимским ученым за электропроводящие полимеры сулят "нобелевку"

Сенсационное открытие сделали башкирские ученые. Оно совершит переворот в мире физики. Сотрудники уфимского Института физики молекул и кристаллов заставили бежать электрический ток по полимерам. До сих пор ни одному научному институту мира такого не удавалось. По всей видимости, еще большее значение подобное открытие будет иметь для грядущей эры нанотехнологий.