Юный техник, 2012 № 11

Видеокамера снабжена лазерными источниками света, которые освещают всю сцену импульсами, длительностью по 50 фемтосекунд. Эти импульсы отражаются от объектов во всех направлениях. Отраженный лазерный свет падает на скрытый объект и отражается от него, проецируя образ на предметах в окружающем пространстве. Эти слабые отраженные образы скрытого объекта фиксирует высокоскоростная камера и передает на обработку в компьютер, который собирает их вместе и строит почти точную трехмерную копию скрытого объекта. Благодаря высокой производительности центрального процессора компьютера все это занимает весьма мало времени — на обработку одного кадра уходит всего 15 миллионных долей секунды. При этом, правда, погрешность построения трехмерной модели составляет около 2–3 мм, поэтому на синтезированном изображении отсутствуют мелкие детали. Но в любом случае, общая форма скрытого объекта передается довольно точно.

Установка, позволяющая «заглянуть за угол»

Свет из абсолютной пустоты

«Да будет свет!» — говорим мы, щелкая электрическим выключателем. Но можно ли обойтись без источника света? Команде шведских ученых из Технологического университета Чалмерса удалось решить эту задачку, создав некоторое количество фотонов света из ничего, из абсолютной пустоты.

С физической точки зрения создание фотонов является достаточно легким делом, но всегда присутствует нечто, атом, элементарная частица, которые испускают эти фотоны света. Получение фотонов, которые одновременно обладают свойствами частиц и электромагнитных волн, из абсолютной пустоты попахивало бы черной магией, если бы в природе не существовало довольно странных принципов квантовой механики.

Квантовая теория говорит, что абсолютная пустота не является таковой на самом деле. Независимо от того, насколько пустым кажется область пространства стороннему наблюдателю, пустота, или вакуум, представляет собой кипящую «пену» из «виртуальных» частиц, которые постоянно появляются и исчезают. Время существования этих частиц в обычном пространстве-времени настолько мало, что их не удается зарегистрировать никакими научными приборами и измерительными методами.

Лазерные лучи можно будет использовать для манипуляции с клетками непосредственно в тканях или других сложных средах.

Шведским ученым удалось реализовать методику, с помощью которой были захвачены «виртуальные» частицы, и затем преобразовать их в крошечные частицы света — фотоны. Таким образом, им удалось получить что-то вроде бы из ничего.

Технология этого научного «фокуса» такова. Ученые заставили невероятно быстро двигаться миниатюрное «зеркало»; скорость его перемещения составляла одну четверть от скорости света. Причем это было не реальное, материальное, зеркало. Его роль выполняло электромагнитное поле, генерируемое сверхпроводящей обмоткой высокочастотного электромагнита и колеблющееся с частотой миллиарды циклов в секунду.

Когда «виртуальные» фотоны сталкивались с поверхностью двигающегося «зеркала», у них не оставалось времени для того, чтобы исчезнуть. Энергия этих фотонов поглощалась «зеркалом», которое излучало избыток энергии в виде обычных реальных фотонов.

В принципе можно использовать такую технологию для извлечения из ничего и других частиц, включая электроны и протоны. Но такие эксперименты потребуют неоправданно большого количества энергии, по крайней мере, в настоящее время. Так что пока получение из ничего фотонов света просто является яркой демонстрацией возможностей причудливой и таинственной квантовой механики.

Сила света в действии

Иное дело, разработка исследователей из университета Северной Каролины, США. Они создали технологию, позволяющую превратить двухмерные заготовки в трехмерные объекты заранее заданной формы с помощью инфракрасного излучения.

На заготовку из специального пластика, в структуре которого во время производства искусственно создано внутреннее напряжение, струйным принтером наносятся черные полосы в местах предполагаемого сгиба. Полученная модель после этого освещается инфракрасным светом. И в результате большего прогрева зачерненных зон заготовка превращается в трехмерный объект, форма которого задана заранее.

Так инфракрасное излучение позволяет собрать кубик из развертки, не притрагиваясь к нему.

По мнению доктора Майкла Дики, одного из участников исследований, этот метод может успешно использоваться для создания различной упаковки и для изготовления несложных деталей различных изделий.

Изменяя ширину наносимой черной полосы, можно управлять углом изгиба заготовки. Кроме того, ширина полосы определяет скорость изгиба, что может использоваться для получения сложных форм. Нанося черные линии на различные стороны заготовки, можно добиться того, чтобы заготовка начала изгибаться в разных направлениях.