Фестивалът на науката ще се проведе през годината. Лекционна програма
МОСКВА,26 септември — РИА Новости, Олга Коленцова.Понякога постижения модерни технологииможе да се сбърка с магия. Точната наука работи вместо магия. Една от областите на изследване, чиито резултати могат да послужат като илюстрация на свойствата на "приказните атрибути", е разработването и създаването на метаматериали.
Математиците намериха начин да превърнат метаматериала в "лек компютър"Математиците са открили, че свойствата на метаматериалите могат на теория да бъдат променени, така че набор от няколко различни части от такива съединения да могат да извършват сложни математически операции с единични лъчи светлина.От чисто физична гледна точка метаматериалите са изкуствено образувани и специално изградени структури, които притежават непостижими в природата електромагнитни или оптични свойства.Последните се определят дори от характеристиките на съставните им вещества, а именно структурата.звукоизолирани и в други дори ще чуете дишането на съсед от отсрещния апартамент. каква е тайната Само във възможността на строителя да се разпорежда с предоставените средства.
В момента учените по материали вече са създали много структури, чиито свойства не се срещат в природата, въпреки че те не надхвърлят физични закони. Например, един от създадените метаматериали може да контролира звуковите вълни толкова добре, че да задържат малка топка във въздуха. Състои се от две решетки, сглобени от тухли, пълни с термопластични пръти, които са положени на "змия". Звукова вълнафокусира като светлина в леща и изследователите смятат, че това устройство ще им позволи да развият контрол на звука до способността да променят посоката му, както сега променят курса на светлинен лъч с помощта на оптика.
© Илюстрация на РИА Новости. А.Полянина
© Илюстрация на РИА Новости. А.Полянина
Друг метаматериал може да се пренареди. От него се сглобява предмет без помощта на ръце, защото промяната на формата може да се програмира! Структурата на такъв "умен" материал се състои от кубчета, всяка стена на които е изградена от два външни слоя полиетилен терефталат и един вътрешен слой от двустранна самозалепваща лента. Този дизайн ви позволява да промените формата, обема и дори твърдостта на обекта.
Но най-много невероятни свойстваимат оптични метаматериали, които могат да променят визуалното възприятие на реалността. Те "работят" в диапазона от вълни, които той вижда човешко око. Именно от такива материали учените са създали плат, от който може да се направи наметало невидимка.
Вярно, засега само микрообект може да бъде направен невидим в оптичния диапазон.
Възможността за създаване на материал с отрицателен ъгъл на пречупване е предсказана още през 1967 г. от съветския физик Виктор Веселаго, но едва сега се появяват първите примери за реални структури с такива свойства. Поради отрицателния ъгъл на пречупване, лъчите на светлината се огъват около обекта, правейки го невидим. Така наблюдателят забелязва само случващото се зад гърба на този, който е облякъл „чудното” наметало.
© Снимка: Xiang Zhang group, Berkeley Lab/UC Berkeley
© Снимка: Xiang Zhang group, Berkeley Lab/UC Berkeley
Последното постижение в създаването на оптични метаматериали принадлежи на руски учени от НИТУ "МИСИС". При това "съставките" са използвани най-обикновени - въздух, стъкло и вода. Работата на учените бе отличена с публикация в едно от най-високо оценените списания в света Scientific Reports издателствоприрода. , всяка такава проба може да струва хиляди евро“, каза Алексей Башарин, изследовател в лабораторията за свръхпроводящи метаматериали на NUST MISiS, кандидат на техническите науки. — В допълнение, вероятността от грешка при формирането на такава система е много висока дори при използването на най-високо прецизни инструменти, но ако се създаде по-мащабен материал, в който няма да има оптични (400 -700 nm), но радиовълни (с дължина 7-8 cm), физиката на процеса на такова мащабиране няма да се промени, но технологията за тяхното създаване ще стане по-лесна.
Изучавайки свойствата на създадените структури, авторите на работата показаха, че този тип вещества имат няколко практически приложения наведнъж.На първо място, това са сензори на сложни молекули, тъй като последните, попадайки в полето на метаматериал, започват да свети. По този начин могат да се определят дори единични молекули, което потенциално може значително да повлияе на развитието, например, на съдебната криминология. В допълнение, такъв метаматериал може да се използва като светлинен филтър, отделящ светлина с определена дължина от падащото лъчение.Той може да се използва и като основа за създаване на свръхнадеждна магнитна памет, тъй като структурата на клетките на метаматериала прави не им позволявайте да се намагнетизират взаимно и по този начин да загубят информация.
Виктор Георгиевич Веселаго
Преди почти 40 години съветският учен Виктор Веселаго изказа хипотеза за съществуването на материали с отрицателен индекс на пречупване:
Метаматериалите са композитни материали, чиито свойства се определят не толкова от индивида физични свойстватехните компоненти, колко микроструктура. Терминът "метаматериали" е особено често използван по отношение на тези композити, които показват свойства, които не са характерни за обекти, открити в природата. .
вълново уравнение
От уравненията на Максуел за хомогенна неутрална непроводима среда следва, че в електромагнитни полетавъзможно е да се разпространяват електромагнитни вълни с фазова скорост
Във вакуум тази скорост е равна на скоростта на светлината
Така че фазовата скорост e-m разпространение. вълните в дадено вещество се определя от магнитната и диелектричната проницаемост на средата.
Съотношението на скоростта на светлината във вакуум към | към | скоростта на светлината в средата - нНаречен абсолютен показателсредно пречупване
Виктор Веселаго изложи следната хипотеза:
„Ако не вземем предвид загубите и считаме n, ε и μ за реални числа, тогава е ясно, че едновременната промяна на знаците на ε и μ не влияе по никакъв начин на съотношението. Тази ситуация може да се обясни различни начини. Първо, може да се признае, че свойствата на веществата всъщност не зависят от едновременната промяна на знаците на ε и μ. Второ, може да се окаже, че едновременната отрицателност на ε и μ противоречи на някои основни закони на природата и следователно веществата с ε< 0 и μ < 0 не могут существовать. Наконец, следует признать, что вещества с отрицательными ε и μ обладают какими-то свойствами, отличными от свойств веществ с положительными ε и μ. Как мы увидим в дальнейшем, осуществляется именно этот третий случай.»
"Дясната" и "лявата" изотропна среда
Нека плоска електромагнитна вълна се разпространява в хомогенна неутрална непроводима среда по посока на оста x, чийто фронт на вълната е перпендикулярен на посоката на разпространение.
Векторите и образуват дясна система с посоката на разпространение на вълната; във фиксирана точка в пространството те се променят във времето според хармоничния закон в една фаза.
Такива среди, съответно, се наричат "десни".
Среди, в които ε, μ са и двете отрицателни, се наричат "леви".
За такива среди електрическите, магнитните и вълновите вектори образуват система от леви вектори.
Наистина, ако натиснете махалото с ръка, то ще се движи послушно в посоката на натискане и ще започне да трепти с така наречената резонансна честота. Като натискате махалото в такт с люлеенето, можете да увеличите амплитудата на трептене. Ако го натиснете с по-висока честота, тогава ударите вече няма да съвпадат с трептенията във фаза и в един момент ръката ще бъде ударена от махало, движещо се към нея. По същия начин електроните в материал с отрицателен индекс на пречупване навлизат в противофаза и започват да устояват на "шоковете" на електромагнитното поле.
Така през 1968 г. Веселаго показа, че вещество с отрицателни ε и μ трябва да има индекс на пречупване n по-малък от 0.
Експериментално потвърждение.
Електроните в даден материал се движат напред и назад под действието на електрическо полеи в кръг под въздействието на магнитни. Степента на взаимодействие се определя от две характеристики на веществото: диелектрична проницаемост ε и магнитна проницаемост μ. Първият показва степента на реакция на електроните към електрическо поле, вторият - степента на реакция към магнитно. По-голямата част от материалите имат ε и μ по-големи от нула.
Отрицателни ε или μ се получават, когато електроните в материала се движат в обратна посока на силите, създадени от електрическото и магнитни полета. Въпреки че това поведение изглежда парадоксално, не е толкова трудно да накарате електроните да се движат срещу силите на електрическите и магнитните полета.
Къде и как да търсим такива вещества?
Първото експериментално потвърждение за възможността за създаване на материал с отрицателен индекс на пречупване е получено през 2000 г. в Калифорнийския университет в Сан Диего (UCSD). Тъй като елементарните тухли на метаматериала трябва да са много по-малки от дължината на вълната, изследователите са работили с радиация в сантиметров диапазон и са използвали елементи с размери няколко милиметра.
Ключът към този вид негативна реакция е резонансът, т.е. тенденцията към трептене на определена честота. Създава се изкуствено в метаматериал с помощта на малки резонансни вериги, които имитират реакцията на вещество към магнитно или електрическо поле. Например, в резонатор със счупен пръстен (RCR) магнитен поток, преминавайки през метален пръстен, индуцира в него кръгови токове, подобни на токовете, които предизвикват магнетизма на някои материали. И в решетка от прави метални пръти електрическо поле създава токове, насочени по тях. Свободните електрони в такива вериги трептят с резонансна честота, която зависи от формата и размера на проводника. Ако се приложи поле с честота под резонансната честота, нормално положителна реакция. С увеличаването на честотата обаче реакцията става отрицателна, точно както в случая на махало, което се движи към вас, ако го натиснете с честота над резонансната. По този начин проводниците в определен диапазон от честоти могат да реагират на електрическо поле като среда с отрицателно ε, а изрязаните пръстени могат да имитират материал с отрицателно μ. Тези проводници и изрязани пръстени са градивните елементи, необходими за създаването на широка гама от метаматериали, включително тези, които Веселаго търсеше.
Калифорнийски учени са проектирали метаматериал, състоящ се от редуващи се проводници и RRC, събрани под формата на призма. Проводниците осигуряват отрицателно ε, докато разделените пръстени осигуряват отрицателно μ. Резултатът трябваше да бъде отрицателен индекс на пречупване. За сравнение, от тефлон е направена призма с точно същата форма, в която n = 1,4. Изследователите насочват лъч микровълново лъчение към ръба на призмата и измерват интензитета на вълните, излизащи от нея под различни ъгли. Както се очакваше, лъчът претърпя положително пречупване на тефлоновата призма и отрицателно пречупване на метаматериалната призма.
Последствия.
Пречупване на границата между две среди с различна правота.
Суперлещи.
Проста плоскопаралелна метаматериална плоча с n<0 может фокусировать лучи от источника на малом расстоянии от неё см. рисунок ниже.
Плоскопаралелна плоча, изработена от метаматериал с n<0
В правилната среда пространството на изображението на лещата не е идентично със самия обект, тъй като се формира без мимолетни вълни. В лявата среда затихващите вълни не затихват, а напротив, амплитудата им се увеличава с разстоянието на вълната от обекта, така че изображението се формира с участието на затихващи вълни, което може да позволи получаване на изображения с по-добра разделителна способност от тази на граница на дифракция. Възможно е да се преодолее дифракционната граница при създаването на такива оптични системи, да се увеличи разделителната способност на микроскопите с тяхна помощ, да се създадат наноразмерни микросхеми и да се увеличи плътността на запис върху оптични носители на информация.
отрицателно налягане
Отражение на лъч, разпространяващ се в среда с n< 0, от идеально отражающей поверхности. Луч света при отражении от тела увеличивает свой импульс на величину , (N-число падающих фотонов). Световой давление, оказываемое светом на поглощающие правые среды, сменяется его притяжением в левой среде.
Новини
В началото на 2007 г. беше обявено създаването на метаматериал с отрицателен индекс на пречупване във видимата област. Индексът на пречупване на материала при дължина на вълната 780 nm е -0,6
През 2011 г. са публикувани статии - в САЩ е тествана технология, която позволява масово производство на големи листове метаматериали
Метаматериали чрез печат
Заключение
Изследването и създаването на нови метаматериали с уникални свойства ще позволи на човечеството да постигне значителен напредък в много области на науката и технологиите в близко бъдеще. Това е астрономическо изследване благодарение на суперлещи, които преодоляват дифракционната граница на разделителна способност; алтернативни източници на енергия - ще има нови соларни панели с ефективност над 20%; материали - невидими и др. Броят на направленията в изследванията е огромен и най-важното е, че те са успешни.
6–8 октомври 2017 г, Москва, Московски държавен университет. М. В. Ломоносов и други сайтове.
Събитията на Фестивала ще се проведат в рамките на три дни и на други сайтовестолиците - в MISiS, Лингвистичния университет, Московския държавен технически университет "Бауман", Университета за приятелство на народите, Политехническия институт, Държавния дарвинов музей ... Общо 90 места в цяла Москва ще посрещнат гости, интересуващи се от наука.
На централната площадка на фестивала(Интелектуалният център - Фундаменталната библиотека на Московския държавен университет и сградата на Шувалов на Московския държавен университет) ще се провеждат научно-популярни лекции, изложби, игри, анимации, макети, научно-популярни видеоклипове.
Мотото на фестивала остава непроменено -„Направете своето откритие.“
Цел на Фестивала NAUKA0+ - да завладее с наука деца, юноши, ученици и всички, които се интересуват от света около нас, да разкаже какво правят учените, как научните изследвания подобряват качеството на живот, какви перспективи разкриват пред съвременния човек.
Организатори:
Министерство на образованието и науката на Руската федерация,
Департамент за наука, индустриална политика и предприемачество на Москва,
Московски държавен университет "Ломоносов".
Основната тема на Фестивала на науката 2017 еще се превърне в такъв феномен като "Големи данни" ("Големи данни"), който отразява глобалния растеж на съвременната наука, както и тенденциите на развитие на най-новите компютърни технологии. Това понятие включва области като цифрови технологии, ИТ, екология, информационна сигурност, медицина и др.
Най-значимите събития на Фестивала на науката:
- Лекционна зала "Златни лекции" във Фундаменталната библиотека на Московския държавен университет. Тук гостите на фестивала ще могат да слушат открити лекции на изтъкнати руски и чуждестранни учени, лауреати на държавни награди на Руската федерация и лауреати на Нобелова награда.
- Открита лекция на легендарния съосновател на Apple Стив Возняк.
- Най-голямата интерактивна научнопопулярна изложба. Част от изложбата ще бъде посветена на бъдещето и настоящето на руската космонавтика. Всеки посетител ще може да се запознае със сензационните открития в космическата индустрия през последните 100 години. Някои експонати ще бъдат представени за първи път пред публика.
- Телеконференции с Международната космическа станция, CERN. Това е уникална възможност да научите всичко за космоса и съвременната наука от първа ръка - лично от астронавтите на МКС и водещите световни учени в реално време.
- Вълнуващи научни предавания.
- Работата на открити научни лаборатории за деца във Фундаменталната библиотека на Московския държавен университет. Тук всяко дете ще може да изпробва нова и напълно възрастна роля: физик, химик, инженер.
- Работата на голяма роботизирана зона във Фундаменталната библиотека на Московския държавен университет. Най-новите роботи активно ще общуват с обществеността, ще демонстрират своите способности и дори ще показват емоции.
- Завладяващо изложение на Обединената авиостроителна корпорация. Сред експонатите гостите на фестивала ще видят модели на реактивни самолети и ще могат да придобият основни умения за пилотиране на съвременен изтребител на работещ симулатор. Известни пилоти, учени и авиоконструктори ще говорят за настоящето и бъдещето на руската авиация.
- Обиколки с гид на лаборатории и музеи.
- Майсторски класове от водещи световноизвестни изобретатели.
- Научни дискусии за бъдещето на човечеството.
- Прожекции на подходящи научни и образователни филми от телевизионния канал SCIENCE 2.0.
- Състезания за млади изобретатели "Учени на бъдещето".
- Образователна академия за учители.
- много повече.