Фізики розробили систему з чотирьох звичайних лінз, здатну приховувати предмети.
Казкова шапка-невидимка надихає фізиків на все нові пошуки «технології невидимості». Вже зараз для цього є кілька підходів, пов'язаних з використанням оболонок або екранів, які здатні змусити світло обігнути предмет і продовжити поширення в колишньому напрямку. При цьому спостерігач бачить те, що розташоване за предметом, який таким чином робиться невидимим. Це саме по собі непросте завдання ускладнюється тим, що різним променям потрібен різний час на огинання тіла, тоді як для «якісної» невидимості вони повинні поширюватися одночасно. Реалізація цих методів пов'язана із застосуванням наукоємних технологій та екзотичних матеріалів, таких як метаматеріали. При цьому невидимість спостерігається тільки при спостереженні з певної точки, і зникає, варто спостерігачеві трохи зміститися.
Фізики Університету Рочестера в Нью-Йорку запропонували іншу концепцію - забезпечити зникнення предмета за допомогою так званого променевого маскування. Вони розробили систему з чотирьох лінз, здатну при спостереженні через них приховати великі об'єкти, розміщені між лінзами. Для її виготовлення достатньо дешевих і легкодоступних лінз з різними фокусними відстанями. Чим більше лінзи, тим більший об'єкт можна приховати за їх допомогою. Об'єкт між ними буде невидимим, навіть якщо дивитися на нього під різними кутами (правда, різниця в кутах повинна бути в межах декількох градусів). Розрахунки показують, що на великих лінзах маскування буде працювати при кутах до 15 градусів і навіть більше. Але лінзи повинні бути високої якості, щоб уникнути крайових спотворень.
Секрет зникнення предметів дуже простий. Система з чотирьох лінз являє собою подобу об'єктива, через який спостерігач бачить фон. Але у неї є особливість - шлях, по якому світло поширюється між лінзами. Лінзи розставлені таким чином, що світло від фону збирається в дуже вузький промінь, який спрямований уздовж осі системи. Такий промінь називається параксіальним, звідси і ця авторами назва методу «параксіальне оптичне променеве маскування». Предмет, розташований між лінзами за межами цього променя, невидимий спостерігачеві, який продовжує бачити фон. Не можна тільки допускати перекриття предметом цього променя, іншими словами, не можна розміщувати предмет в області, де проходить промінь, що несе зображення фону - в цьому випадку предмет стає видно. Таким чином, область маскування об'єкта має форму бублика. Правда, автори стверджують, що у них є проект більш складної установки, в якій ця проблема вирішена.
Щоб зрозуміти, як створюється параксиальний промінь, достатньо згадати відомі зі шкільної фізики властивості випуклої лінзи. Падаюче світло вона збирає (фокусує) в невелику пляму навколо так званого фокусу лінзи, а промені світла, що розходяться, що виходять з точки фокусу, перетворює в паралельні осі лінзи. Таким чином, перша лінза установки фокусує світло. Пройшовши фокус першої лінзи, промені світла знову починають розходитися, але недалеко від фокусу на їх шляху ставиться друга лінза, яка перетворює пучок в майже паралельний. Для цього положення її фокусу має збігатися з фокусом першої лінзи, а фокусна відстань має бути меншою, щоб пучок вийшов вузьким. Решта дві лінзи в зворотному порядку відновлюють вихідне світло.
Цікаво, що в прес-релізі на сайті університету дослідники навели простий опис установки з необхідними формулами, щоб її міг виготовити будь-хто. Вартість такої установки вони оцінили всього в $100. Зробіть - і ви зможете показати незабутні фокуси своїм знайомим.
Результати своєї роботи автори надіслали в журнал Optics Express, стаття також доступна на сайті arXiv.org. Відео про встановлення можна подивитися тут.
За матеріалами університету Рочестера