Можно ли сделать человека невидимым — и сможет ли он сам видеть?

Так можно ли сделать человека невидимым — и сможет ли он сам видеть?

Невидимость — одна из тех фантастических способностей, которые на первый взгляд кажутся предельно понятными. Человек был видимый — стал прозрачный. Свет проходит сквозь него, окружающие видят стену за его спиной, сам невидимка радуется жизни и идёт творить то, ради чего автору понадобился невидимый персонаж.

Есть только одна небольшая проблема: если сделать человека действительно невидимым, он, скорее всего, сам ничего не увидит.

И дело здесь не в недостатке технологий. Проблема начинается с самого принципа работы зрения.

Чтобы увидеть свет, его надо поймать

Мы видим предмет потому, что свет попадает в глаз и в конечном итоге достигает сетчатки. Там находятся фоторецепторы — палочки и колбочки. Они не просто позволяют фотонам пролететь мимо: зрение начинается именно с поглощения света светочувствительными молекулами. После этого запускается цепочка биохимических реакций, и мозг получает сигнал.

То есть глаз в некотором смысле работает как ловушка для света.

А теперь представим идеального невидимку. Чтобы мы его совершенно не видели, свет должен вести себя так, будто человека на его пути вообще нет: не отражаться от кожи, не рассеиваться в тканях, не поглощаться ими и в итоге продолжать движение дальше.

И тут появляется противоречие. Если сетчатка тоже стала идеально прозрачной и ни с чем не взаимодействует, фотоны просто пролетают сквозь неё. А раз сетчатка не получила свет — изображения нет.

Получается замечательная суперспособность: человек наконец стал совершенно невидимым и в ту же секунду перестал видеть, куда идёт.

А если оставить глаза видимыми?

Самое очевидное решение — сделать прозрачным всё тело, кроме той части глаза, которая нужна для зрения. Работать это, в принципе, будет.

Вот только перед нами тогда будет не совсем невидимый человек.

Глаз устроен вовсе не как прозрачное окно. За сетчаткой находится пигментный эпителий, содержащий меланин и поглощающий лишний свет. Это необходимо в том числе для того, чтобы свет не отражался внутри глаза и не портил изображение.

Поэтому если всё остальное тело каким-то чудом исчезнет из видимого диапазона, а зрительная система продолжит работать как обычно, часть глаза всё равно должна взаимодействовать со светом.

Можно представить довольно неприятное зрелище: по комнате перемещается невидимый человек, от которого остались только элементы глаз.

Для хоррора, между прочим, вариант даже лучше полной невидимости.

А если свет пустить вокруг человека?

Есть другой подход. Не делать тело прозрачным вообще, а вместо этого заставить свет обогнуть объект и затем продолжить движение так, словно препятствия никогда не существовало.

Именно вокруг этой идеи строится значительная часть исследований так называемого оптического маскирования. Метаматериалы и методы трансформационной оптики позволяют управлять распространением электромагнитных волн таким образом, чтобы уменьшать заметность скрываемого объекта.

Существуют и гораздо более наглядные эксперименты. Например, в Рочестерском университете собрали систему из обычных линз, способную скрывать находящийся между ними объект для наблюдателя в определённом диапазоне углов. Причём система работала с видимым светом и не требовала фантастического материала из далёкого будущего. Но это именно оптическая установка с серьёзными ограничениями, а не плащ, который можно набросить на плечи и отправиться грабить банк.

И здесь нашего невидимку снова ждёт неприятность. Если идеальный плащ направляет весь внешний свет вокруг скрытого пространства, то что попадёт внутрь этого пространства? Правильно: ничего.

Человек внутри идеального оптического кокона оказывается защищён от того самого света, который нужен его глазам.

В исследованиях трансформационной оптики эта проблема вполне реальна: идеальное маскирование одновременно изолирует скрытую область от внешнего электромагнитного поля. Учёные даже отдельно изучали, можно ли создать замаскированный сенсор, который получает информацию извне, но остаётся трудно обнаружимым.

То есть вопрос «сможет ли невидимка видеть?» задавали не только писатели-фантасты. Физикам он тоже достался.

Почему нельзя просто взять немножко света?

А вот здесь начинается самое интересное.

Допустим, мы позволим небольшому количеству света проникнуть под маскировку и попасть в глаза человека. Он снова сможет видеть.

Но теперь часть энергии внешнего света была поглощена его глазами. Значит, световое поле снаружи уже не будет совершенно таким же, каким оно было бы в отсутствии человека.

В физике существует фундаментальная связь между поглощением и рассеянием электромагнитного излучения. Для пассивного объекта нельзя одновременно требовать, чтобы он получал энергию из падающей волны и при этом вообще никак не выдавал своего присутствия. Исследования «невидимых сенсоров» прямо показывают этот компромисс: можно очень сильно уменьшить заметность детектора и при этом сохранить способность что-то измерять, но идеальное поглощение без какого-либо внешнего следа недостижимо для обычной пассивной системы.

Проще говоря: хочешь видеть — придётся забрать несколько фотонов. Забрал фотоны — ты уже хоть немного воздействовал на окружающий свет. Воздействовал на свет — в строгом физическом смысле ты уже не идеально невидим.

Правда, между «не идеально невидим» и «человек прекрасно заметен невооружённым глазом» лежит огромная пропасть. Теоретически можно представить систему, след которой настолько мал, что обычный наблюдатель его никогда не обнаружит.

Так что практически невидимый и при этом видящий человек выглядит куда реалистичнее абсолютно невидимого.

Можно схитрить

Фантасту физика оставляет несколько лазеек.

Например, невидимка может перестать пользоваться собственными глазами. Представим внешний сенсор, который получает изображение, а затем передаёт информацию непосредственно человеку. Правда, сенсор теперь тоже приходится как-то прятать.

Можно разделить диапазоны: сделать человека практически незаметным для обычного видимого света, но получать изображение в другой части спектра. Тогда для человеческого глаза он будет невидим, однако специальный прибор вполне сможет его обнаружить.

Можно вообще отказаться от настоящей оптической невидимости и использовать невероятно совершенный активный камуфляж: внешняя поверхность получает изображение окружающего пространства и воспроизводит его для наблюдателя. Тогда человек внутри спокойно видит окружающий мир, потому что никакого оптического кокона вокруг него нет.

Правда, тут возникает новая куча проблем. Наблюдатели стоят в разных местах и должны одновременно видеть правильный фон. Человек двигается, меняется освещение, меняются тени. Один наблюдатель смотрит спереди, второй сбоку, третий сверху.

Получается уже не плащ, а вычислительный кошмар.

И всё-таки — можно или нельзя?

Сделать сегодня человека невидимым так, как это обычно показывают в кино — надел устройство, исчез со всех сторон, свободно ходишь по комнате и прекрасно видишь окружающих, — нельзя.

Современные способы оптического маскирования умеют намного более ограниченные вещи: скрывать определённые области, работать для конкретных углов, диапазонов волн или специально устроенных оптических систем. Проблемы широкого диапазона частот, трёхмерности и практической реализации настоящего всенаправленного плаща никуда не исчезли.

Но самое забавное даже не это. Физика не просто усложняет создание невидимого человека. Она ставит автора перед выбором.

Можно сделать тело совершенно прозрачным — и тогда придётся объяснить, каким образом работает зрение. Можно пустить весь свет вокруг человека — и снова оставить его без света внутри. Можно разрешить глазам поглощать фотоны — но тогда абсолютная невидимость перестаёт быть абсолютной. А можно махнуть рукой на идеальность и создать невидимость, которая просто достаточно хороша, чтобы человеческий глаз её не заметил.

И вот последний вариант для фантастики, пожалуй, самый удобный.

Потому что иногда лучший способ сделать фантастическую технологию правдоподобной — не заставлять её нарушать вообще все законы природы. Достаточно, чтобы она умела их очень хитро обходить.

А какой вариант невидимости вы бы спокойно приняли в книге: полностью невидимый, но слепой человек; почти невидимый, который всё-таки может видеть; или вас вообще не волнует физика невидимости, если история хорошая?