99 секретов науки

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.

Именно этим и заняты физики, занимающиеся данным направлением. Так что вполне возможно, что в ближайшие годы появится плащ, которому позавидует сам Гарри Поттер.

№ 80. Шаг назад, два шага вперед. Сила трения покоя на примере поезда

Что мешает нам сдвинуть с места предмет? Сила трения покоя. Именно она давит на наш палец, если мы толкаем им книгу, лежащую на столе. На гладком столе сдвинуть книгу пальцем легче, чем на шершавом, – сила трения покоя зависит в том числе и от соприкасающихся материалов.

Первые изобретатели железной дороги очень беспокоились, что колеса будут проскальзывать по гладким рельсам и паровоз начнет буксовать. Один инженер даже создал зубчатые колеса, двигающиеся по зубчатым рельсам. Но они не понадобились. Скольжению колес поезда по рельсам препятствует сила трения покоя, направленная в сторону, противоположную возможному скольжению. Эта же сила мешает паровозу тронуться, поэтому перед началом движения он сдает назад, меняя направление движения и ослабляя действие силы трения покоя.

№ 81. При сверхнизких температурах. Третий закон термодинамики

Энергия так же переходит из одного состояния в другое, как вода: если ее нагреть, она превратится в пар, если заморозить, она станет твердой и не сможет течь. С водой все довольно просто, с энергией – гораздо сложнее. Существуют три закона термодинамики, описывающие основные свойства энергии.

Первый закон сообщает нам, что энергия постоянно переходит из одного состояния в другое. Второй доказывает, что любая система, оставленная в покое, придет в хаос. Третий имеет дело с такой величиной, как абсолютный нуль температур. Так называют самую низкую температуру, которая возможна в нашей Вселенной. Ученые ее вычислили, она равна –273,15 °C. Они же установили, что чем ниже температура, тем медленнее движение молекул. А при абсолютном нуле движение прекращается вовсе, и энтропия вместе с ним.

№ 82. Снежинки-близнецы: миф или реальность? Ажурные кристаллы льда

Иногда ученые занимаются полезными для человечества проблемами, а иногда просто развлекаются. Например, изучают форму снежинок, сравнивают и гадают: возможно ли в природе существование двух одинаковых ажурных кристаллов льда? На самом деле такое времяпровождение только кажется праздным: чем больше известно о природе снега и о кристаллических структурах, тем лучше для науки.

Снежинки прекрасны и удивительны. Они на 95 % состоят из воздуха, в них совсем немного твердого льда, и поэтому они такие легкие и пушистые. Снежинки падают гораздо медленнее дождевых капель, их скорость просто черепашья – меньше одного километра в час! Размер обычной снежинки невелик, около половины сантиметра. Чем крупнее снежинка, тем медленнее она опускается на землю и тем фантастичнее выглядит снегопад. Самые крупные снежинки, зафиксированные метеорологами, были размером с тарелку, их диаметр составлял больше 30 см! Вероятно, это было потрясающее зрелище.