Невидимость: Сущность, Исследования и Технологии

Введение

Состояние материи, которое невозможно увидеть.

Невидимость – это состояние объекта, который невозможно увидеть. Объект в таком состоянии называется невидимым (буквально «невидимым»). Это явление изучается физикой и психологией восприятия. Поскольку объекты становятся видимыми благодаря свету, отражающемуся от их поверхности и попадающему в глаза наблюдателя, наиболее естественной формой невидимости (реальной или вымышленной) является объект, который не отражает и не поглощает свет (то есть пропускает его сквозь себя). Это известно как прозрачность, и она наблюдается во многих природных материалах (хотя ни один природный материал не является на 100% прозрачным). Восприятие невидимости зависит от ряда оптических и визуальных факторов. Например, невидимость зависит от глаз наблюдателя и/или используемых приборов. Таким образом, объект можно классифицировать как «невидимый» для человека, животного, прибора и т.д. В исследованиях сенсорного восприятия было показано, что невидимость воспринимается циклически. Невидимость часто рассматривается как высшая форма камуфляжа, поскольку она не выдает наблюдателю никаких признаков присутствия, визуальных эффектов или каких-либо частот электромагнитного спектра, обнаруживаемых человеческим глазом, а вместо этого использует радио-, инфракрасные или ультрафиолетовые длины волн. В оптике иллюзий невидимость является частным случаем иллюзорных эффектов: иллюзии свободного пространства. Этот термин часто используется в фэнтези и научной фантастике, где объекты не могут быть обнаружены с помощью магии или гипотетических технологий.

Практические усилия

Технологии можно использовать теоретически или практически, чтобы сделать объекты реального мира невидимыми. Используя изображение в реальном времени, отображаемое на носимом дисплее, можно создать эффект прозрачности. Это называется активным камуфляжем. Хотя технология скрытности заявлена как невидимая для радаров, все официально раскрытые применения технологии лишь уменьшают размер и/или четкость сигнатуры, обнаруживаемой радаром. В 2003 году чилийский ученый Гюнтер Ульманн представил первые математические уравнения для создания невидимых материалов. В 2006 году совместная группа исследователей из Великобритании и США объявила о разработке настоящего плаща невидимости – искусственно созданного метаматериала, невидимого для микроволнового спектра, хотя он находится только на начальной стадии разработки. В кино люди, объекты или фоны могут казаться невидимыми на камеру с помощью процесса, известного как хромакей. Инженеры и ученые проводят различные исследования, чтобы изучить возможность создания реальной оптической невидимости (плащей) для объектов. Методы обычно основаны на реализации теоретических приемов трансформационной оптики, которые породили несколько теорий маскировки. В настоящее время практического устройства маскировки не существует. В теоретической работе 2006 года было предсказано, что несовершенства незначительны, и метаматериалы могут сделать реальные "устройства маскировки" практическими. Предполагается, что технология будет применена к радиоволнам в течение пяти лет, а искажение видимого света – это возможная перспектива. Теория о том, что на световые волны можно воздействовать так же, как на радиоволны, сейчас популярна среди ученых. Объект можно сравнить с камнем в реке, вокруг которого протекает вода, но немного ниже по течению не оставляет следов камня. Сравнивая световые волны с водой, а маскируемый объект – с камнем, цель состоит в том, чтобы световые волны проходили вокруг объекта, не оставляя никаких видимых следов, возможно, даже тени. Это техника, изображенная в телевизионном фильме 2000 года "Невидимый человек". Две группы ученых независимо работали над созданием двух "плащей невидимости" из "метаматериалов", созданных на наноуровне. Они впервые продемонстрировали возможность маскировки трехмерных (3D) объектов искусственно созданными материалами, которые перенаправляют радиолокационные, световые или другие волны вокруг объекта. Один из них использует своего рода "рыболовную сеть" из металлических слоев для изменения направления света, а другой – крошечные серебряные проволоки. Сян Чжан из Калифорнийского университета в Беркли сказал: "В случае плащей или щитов невидимости материал должен изгибать световые волны вокруг объекта, как река, протекающая вокруг камня. Наблюдатель, смотрящий на замаскированный объект, увидит свет, идущий сзади, и ему покажется, что он исчез". Команда исследователя из Университета Беркли Джейсона Валентина создала материал, который влияет на свет вблизи видимого спектра, в области, используемой в волоконной оптике: "Вместо того, чтобы рыба казалась немного впереди, где она находится в воде, она на самом деле выглядела бы выше поверхности воды. Это довольно странно. Для того, чтобы метаматериал производил отрицательное преломление, он должен иметь структурный массив, меньший, чем длина волны используемого электромагнитного излучения". Команда Валентина создала свою "рыболовную сеть", складывая слои серебра и металла друг на друга, а затем проделывая в них отверстия. Другая команда использовала оксидный шаблон и выращивала серебряные нанопроволоки внутри пористого оксида алюминия на очень маленьких расстояниях друг от друга, меньших, чем длина волны видимого света. Этот материал преломляет видимый свет. Исследовательская группа Имперского колледжа Лондона получила результаты с использованием микроволн. Макет плаща невидимости для медного цилиндра был создан в мае 2008 года физиком профессором сэром Джоном Пендри. Ученые, работавшие с ним в Университете Дьюка в США, воплотили эту идею в жизнь. Пендри, который теоретизировал плащ невидимости "в шутку", чтобы проиллюстрировать потенциал метаматериалов, сказал в интервью в августе 2011 года, что грандиозные театральные проявления его идеи, вероятно, преувеличены: "Я думаю, что вполне вероятно, что плащ, который узнал бы Гарри Поттер, невозможен. Можно придумать теорию, но практическая реализация была бы невозможна. Но можно ли скрыть вещи от света? Да. Можно ли скрыть вещи размером в несколько сантиметров? Да. Плащ действительно гибкий и развевающийся? Нет. Будет ли он когда-нибудь таким? Нет. Так что можно сделать многое, но есть ограничения. Некоторым детям будет разочарование, но некоторые люди в промышленности будут очень благодарны". В Турции в 2009 году Исследовательский центр нанотехнологий Университета Билькент объяснил и опубликовал в New Journal of Physics, что они добились реализации невидимости на практике, используя нанотехнологии, делая объект невидимым без теней и т.д., создавая почти прозрачную сцену, производя нанотехнологический материал, который также можно производить в виде костюма, который может носить любой. В 2019 году Hyperstealth Biotechnology запатентовала технологию, лежащую в основе материала, который изгибает свет, делая людей и объекты почти невидимыми для невооруженного глаза. Материал, названный Quantum Stealth, в настоящее время все еще находится на стадии прототипирования, но был разработан генеральным директором компании Гаем Крамером в основном для военных целей, чтобы скрывать агентов и оборудование, такое как танки и самолеты, в полевых условиях. В отличие от традиционных камуфляжных материалов, которые ограничены конкретными условиями, такими как леса или пустыни, по словам Крамера, этот "плащ невидимости" работает в любой среде и в любое время года, в любое время суток. Однако для его фактического применения требуются искусственные фоны, состоящие из горизонтальных линий.

Technology can be used theoretically or practically to render real world objects invisible. Making use of a real time image displayed on a wearable display, it is possible to create a see through effect. This is known as active camouflage. Though stealth technology is declared to be invisible to radar, all officially disclosed applications of the technology can only reduce the size and/or clarity of the signature detected by radar. In 2003 the Chilean scientist Gunther Uhlmann postulates the first mathematical equations to create invisible materials. In 2006, a team effort of researchers from Britain and the US announced the development of a real cloak of invisibility, an artificially made meta material that is invisible to the microwave spectrum, though it is only in its first stages. In filmmaking, people, objects, or backgrounds can be made to look invisible on camera through a process known as chroma keying. Engineers and scientists have performed various kinds of research to investigate the possibility of finding ways to create real optical invisibility (cloaks) for objects. Methods are typically based on implementing the theoretical techniques of transformation optics, which have given rise to several theories of cloaking. Currently, a practical cloaking device does not exist. A 2006 theoretical work predicts that the imperfections are minor, and metamaterials may make real life "cloaking devices" practical. The technique is predicted to be applied to radio waves within five years, and the distortion of visible light is an eventual possibility. The theory that light waves can be acted upon the same way as radio waves is now a popular idea among scientists. The agent can be compared to a stone in a river, around which water passes, but slightly down stream leaves no trace of the stone. Comparing light waves to the water, and whatever object that is being "cloaked" to the stone, the goal is to have light waves pass around that object, leaving no visible aspects of it, possibly not even a shadow. This is the technique depicted in the 2000 television portrayal of The Invisible Man. Two teams of scientists worked separately to create two "Invisibility Cloaks" from 'metamaterials' engineered at the nanoscale level. They demonstrated for the first time the possibility of cloaking three dimensional (3 D) objects with artificially engineered materials that redirect radar, light or other waves around an object. While one uses a type of fishnet of metal layers to reverse the direction of light, the other uses tiny silver wires. Xiang Zhang, of the University of California, Berkeley said: "In the case of invisibility cloaks or shields, the material would need to curve light waves completely around the object like a river flowing around a rock. An observer looking at the cloaked object would then see light from behind it, making it seem to disappear." UC Berkeley researcher Jason Valentine's team made a material that affects light near the visible spectrum, in a region used in fibre optics: 'Instead of the fish appearing to be slightly ahead of where it is in the water, it would actually appear to be above the water's surface. It's kind of weird. For a metamaterial to produce negative refraction, it must have a structural array smaller than the wavelength of the electromagnetic radiation being used." Valentine's team created their 'fishnet' material by stacking silver and metal dielectric layers on top of each other and then punching holes through them. The other team used an oxide template and grew silver nanowires inside porous aluminum oxide at tiny distances apart, smaller than the wavelength of visible light. This material refracts visible light. The Imperial College London research team achieved results with microwaves. An invisibility cloak layout of a copper cylinder was produced in May, 2008, by physicist Professor Sir John Pendry. Scientists working with him at Duke University in the US put the idea into practice. Pendry, who theorized the invisibility cloak "as a joke" to illustrate the potential of metamaterials, said in an interview in August 2011 that grand, theatrical manifestations of his idea are probably overblown: "I think it’s pretty sure that any cloak that Harry Potter would recognize is not on the table. You could dream up some theory, but the very practicality of making it would be so impossible. But can you hide things from light? Yes. Can you hide things which are a few centimeters across? Yes. Is the cloak really flexible and flappy? No. Will it ever be? No. So you can do quite a lot of things, but there are limitations. There are going to be some disappointed kids around, but there might be a few people in industry who are very grateful for it." In Turkey in 2009, Bilkent University Search Center Of Nanotechnology researches explained and published in New Journal of Physics that they achieved to make invisibility real in practice using nanotechnology making an object invisible with no shadows etc. next to perfect transparent scene by producing nanotechnologic material that can also be produced like a suit anyone can wear. In 2019, Hyperstealth Biotechnology has patented the technology behind a material that bends light to make people and objects near invisible to the naked eye. The material, called Quantum Stealth, is currently still in the prototyping stage, but was developed by the company's CEO Guy Cramer primarily for military purposes, to conceal agents and equipment such as tanks and jets in the field. Unlike traditional camouflage materials, which are limited to specific conditions such as forests or deserts, according to Cramer this "invisibility cloak" works in any environment or season, at any time of day. This is despite its actual application requiring artificial backgrounds made up of horizontal lines.

Психологическая

Человека можно назвать невидимым, если другие отказываются его замечать или систематически игнорируют. Этот термин был использован в таком значении в названии книги Ральфа Эллисона «Невидимый человек», относясь к главному герою, который, вероятно, был создан по образу автора и оставался незамеченным из-за своего статуса афроамериканца. Это подтверждается цитатой из Пролога: «Я невидим, понимаете, просто потому, что люди отказываются меня видеть» (Пролог.1).