Наталья Сердцева: 99 секретов науки

Мы постоянно плаваем в океане электромагнитных волн, хотя не ощущаем и не видим этого. Ими пронизано все пространство и на Земле, и в космосе. Один из видов электромагнитного излучения мы все же можем наблюдать невооруженным глазом: самый обычный свет по своей физической природе – тоже волна. Среди других видов волн такие знакомые явления, как радиоволны, инфракрасное излучение, ультрафиолет, рентген, гамма-лучи и терагерцевое излучение.

За последнюю сотню лет человек научился укрощать разные виды электромагнитных волн, благодаря этому у нас появились такие удобные вещи, как сотовая связь, микроволновые печи, рентгеновские аппараты, радио, телевидение, мощные телескопы и микроскопы.

Итак, как образуются электромагнитные волны? Чтобы понять это, переместимся с нашего привычного уровня на микроуровень, составные части которого можно рассмотреть только в микроскоп. На этом уровне все – и мы с вами, и Вселенная – состоит из элементарных частиц: электронов, протонов, нейтронов и т. п.

Нас на данный момент интересует электрон – отрицательно заряженная частица. Каждый электрон создает вокруг себя поле, влияющее на другие частицы. Представим, что электрон, мирно покоящийся на одном месте, вдруг перенесся на какое-то расстояние. Он может перенестись мгновенно, но его поле этого сделать не способно. Некоторое время оно будет оставаться там, где был электрон. Но постепенно, волной, оно перейдет в новое местонахождение электрона. Этот волновой переход и есть электромагнитная волна, или электромагнитное излучение. Так как электроны все время находятся в движении, то и волны не прекращаются никогда.

С электроном все понятно, но где тут магнит и почему излучение называется электромагнитным? Дело в том, что любое колебание в электрическом поле автоматически вызывает ответную реакцию в поле магнитном, которое так же пронизывает все пространство.

Энергия есть везде – в людях, механизмах, растениях, животных, атмосферных явлениях и т. д. Что же она собой представляет? С точки зрения физики это способность производить работу, движение и взаимодействие. Видов энергии множество: при движении объектов появляется кинетическая энергия, при смешивании разных веществ – химическая, ядерная энергия порождается распадом атомов, а тепловая возникает во время нагревания.

Энергия обладает уникальным свойством переходить из одного вида в другой, она ниоткуда не появляется и никуда не исчезает, просто трансформируется. Например, вы видите на земле мяч, пинаете его, придав ему кинетическую энергию. Во время удара мяча о штангу ворот возникнет тепловая энергия. Чем сильнее был удар, тем больше нагреется место, где мяч соприкоснулся со штангой.

В русских народных сказках фигурирует шапка-невидимка, в современных фантастических историях – плащ или мантия. Эти волшебные предметы позволяют их счастливым обладателям стать невидимыми для окружающих и делать то, на что они бы не решились, если бы были у всех на виду. Ученые давно грезят о материале, который мог бы скрывать предметы от человеческого глаза и приборов, и в этой области есть определенные успехи.

Один из способов стать невидимым для зрителей был разработан физиками-энтузиастами. Они сконструировали плащ, в который спереди вмонтированы сотни маленьких экранов, а сзади – видеокамеры. Камеры передают изображение того, что находится за спиной человека, одетого в плащ, и его самого не видно. Правда, невидимость сохраняется, только если смотреть с определенного ракурса. Стоит «невидимке» повернуться, как он будет замечен.

Более перспективные разработки связаны с метаматериалом, который не отражает видимый свет, а уводит его в сторону. Как мы видим предметы? Наш глаз воспринимает отраженный от них свет, являющийся электромагнитной волной.

Процессом отражения можно управлять, создав материал с отрицательным коэффициентом преломления. Свет не будет от него отражаться, предмет, накрытый этим материалом, станет невидимым.

Теоретически создание метаматериала возможно, но на практике ученых подстерегает множество трудностей, над которыми еще работать и работать. Одна из проблем заключается в том, что для каждого спектра цвета (красного, зеленого, синего) нужно создавать особые настройки метаматериала. Совместить множество настроек в одной ткани возможно, если уменьшить составляющие ее частицы до нескольких микрон.