От хомяка-невидимки к прозрачному человеку

"Никогда не забуду жути, охватившей меня при виде моих рук, словно сделанных из дымчатого стекла и постепенно становившихся всё прозрачнее и тоньше, так что я мог видеть сквозь них все предметы, в беспорядке разбросанные по комнате, хотя и закрывал свои прозрачные веки...

...Тело моё сделалось как бы стеклянным, кости и артерии постепенно бледнели, исчезали: последними исчезли тонкие нити нервов. И вот остались только мертвенно-белые кончики ногтей и бурое пятно какой-то кислоты на пальце".

Миллионы детей, затаив дыхание, читали эти строки из уэллсовского "Человека-невидимки", и волосы шевелились на затылке от ночных шорохов: "Не он ли крадётся за спиной?". С годами "знание законов природы" делает своё дело, и если вам, уже не детям, кто-то намекнёт о существовании человека-невидимки, вы с лёгким сердцем поставите диагноз: паранойя, шизофрения.

 

 

Но если доведётся услышать словосочетание "хомяк-невидимка", не спешите с выводами, потому что такой хомяк скоро появится. Не исключено, что это будет крыса. Или кролик. Если нам повезёт, получим и обезьяну-невидимку. Человека — это вряд ли: пока слишком больно.

Однако всё по порядку. Как таковая, "невидимость" — ненаучное понятие, означающее, что некто не видит нечто. Невидимость — это не свойство "невидимого" объекта — а отсутствие оптического "контакта". Из школьной программы известно, что видимость объектов — возможность зрительного восприятия, которое представляет собой результат отражения (преломления) света.

Герберт Уэллс: "Невидимость позволяла многого достигнуть, но не позволяла мне пользоваться достигнутым"

Так, чёрные дыры невидимы: фотоны (и не только они) поглощаются, а видно только результаты поглощения: вспышки и так далее.

"Видимость зависит от того, как видимое тело реагирует на свет. Давайте уж я начну с азов, тогда вы лучше поймёте дальнейшее. Вы прекрасно знаете, что тела либо поглощают свет, либо отражают, либо преломляют его, или, может быть, всё вместе.

Если тело не отражает, не преломляет и не поглощает света, то оно не может быть видимо само по себе. Так, например, вы видите непрозрачный красный ящик только потому, что он поглощает некоторую долю света и отражает остальное, а именно — все красные лучи. Если бы ящик не поглощал некоторой доли света, а отражал бы его весь, то он был бы блестящим, белым." (здесь и далее выделены фрагменты повести Герберта Уэллса "Человек-невидимка").

В таком случае, профанически рассуждая, сделать объект невидимым можно следующими способами: изменить свойства "субъекта", который видит — сделать его невосприимчивым к отражённому свету; изменить угол отражения; сделать объект наблюдения "проницаемым" — "сравнять" так называемый коэффициент проницания с коэффициентом проницания воздуха (ну, или приблизить их).

"Вспомните серебро! Алмазный ящик не поглощал бы много света, и вместе с тем его поверхность отражала бы мало света, но в отдельных местах, в зависимости от расположения плоскостей, свет отражался и преломлялся бы, и мы видели бы блестящую паутину сверкающих отражений и прозрачных плоскостей, нечто вроде светового скелета.

	Создатели фильма "Человек-невидимка" нарушили "порядок вещей": у Уэллса последними исчезают сухожилия, а в фильме – кости. Техничный подход к делу...

Стеклянный ящик столь отчетливо видим, как алмазный, потому что в нём меньше плоскостей отражения и преломления… Под известным углом зрения такой ящик будет прозрачным; некоторые сорта стёкла более видимы, чем другие; хрустальный ящик блестел бы сильнее, чем ящик из обыкновенного оконного стекла. Ящик из очень тонкого обыкновенного стекла было бы очень трудно различить при плохом освещении, потому что он не поглощает почти никаких лучей и отражает и преломляет совсем мало света".

Насчёт изменения свойств субъекта что-либо сказать трудно — разве что ослепить субъекта, но это ненаучный подход. Плохая шутка. Манипуляции с углом отражения — тоже выход компромиссный. Хотя технологически "метода" используется — в случаях с "самолётами-невидимками". Но само собой, речь не идёт о буквальной "невидимости". Попытки построить невидимый самолёт в итоге привели к созданию летательного аппарата из прозрачных деталей, который, естественно, на определённой высоте становился невидимым. Интересно, но не то.

"Если вы положите кусок обыкновенного стекла в воду или, ещё лучше, в какую-нибудь жидкость, более плотную, чем вода, то вы стекла почти совсем не увидите, потому что свет, переходя из воды в стекло, преломляется, а отражается очень слабо и вообще не подвергается почти никакому воздействию. Стекло в таком случае столь же невидимо, как струи углекислоты или водорода в воздухе. И по той же причине.

Если разбить кусок стекла и мелко истолочь его, оно станет гораздо более заметным в воздухе и превратится в белый непрозрачный порошок. Это происходит потому, что превращение стекла в порошок увеличивает число плоскостей преломления и отражения.

В стеклянной пластинке имеется всего две поверхности, в порошке же каждая крупинка представляет собой плоскость преломления и отражения света, и сквозь порошок света проходит очень мало.

Но если белый стеклянный порошок высыпать в воду, то он почти совершенно исчезнет. Стеклянный порошок и вода имеют почти одинаковый коэффициент преломления, и свет, переходя из одной среды в другую, почти не преломляется и не отражается. Вы делаете стекло невидимым, помещая его в жидкость с приблизительно таким же коэффициентом преломления; всякая прозрачная вещь делается невидимой, если поместить её в среду, обладающую одинаковым с ней коэффициентом преломления".

Эшли Уэлш: "Пока средство опасно применять на людях"

А теперь что касается изменения свойств объекта. Поскольку нас интересуют живые существа, то речь идёт о свойствах тканей (гистология) и — далее, вглубь — клеток. Сделать ткань невидимой означает придать клеткам свойство не отражать свет и не преломлять его, а пропускать так, как это делал бы воздух (среда, в которой объект находится). Иначе говоря, сделать их прозрачными.

Вот в этом направлении, как выяснилось, биохимики и биологи работают давно: уже более десяти лет. И успехи уже есть. И патенты на руках. Но — о невидимости пока и не заикаются, потому что, с научной точки зрения, никакая это не невидимость, а очень даже видимость. Только слабая. Совсем невидимой сделать ткань не получается, хотя — самое важное — технически это возможно.

"Главная задача заключалась в том, чтобы поместись прозрачный предмет, коэффициент преломления которого требовалось понизить, между двумя светоизлучающими центрами эфирной вибрации, — о ней я расскажу вам после. Нет, это не рентгеновские лучи.

Не знаю, описывал ли кто-нибудь те лучи, о которых я говорю. Но они существуют — это несомненно. Я пользовался двумя небольшими динамо-машинами, которые приводил в движение при помощи дешёвого газового двигателя. Первый свой опыт я проделал над куском белой шерстяной материи. До чего же странно было видеть, как эта белая мягкая материя постепенно таяла, как струя пара, и затем совершенно исчезла!"

Итак, о чём, собственно речь, и что это за хомяк такой. Самый громкий опыт с "невидимыми тканями" проводился относительно недавно — в августе 2000 года. Тогда исследовательская группа из Техасского Университета в Остине (The University of Texas at Austin) сумела добиться прозрачности кожи.

Кусочек кожи хомяка, пропитанный особым раствором, оставался невидимым более 20 минут, и учёные наблюдали, как в появившемся "окне" по подкожным кровеносным сосудам текла кровь. Глубина "просмотра" была приблизительно несколько миллиметров. Примерно через 20 минут "окно" начало затягиваться.

Любопытно, что в одних данных упоминается пульсирующая кровь, в других же речь идёт о "мёртвой" ткани, под которой проявлялись помещённые подкожно знаки. Одно другому не мешает, но согласитесь, вполне эффектный опыт.

	По мере того, как кожа становилась прозрачнее, знаки под ней становились всё отчётливее

Тогда же практически все СМИ поместили одинаковый отчёт об эксперименте. Группу возглавлял доктор Эшли Уэлш (Ashley J. Welsh) (странное совпадение — Уэллс и Уэлш, не правда ли?), который и давал пояснения. С тех пор о работе доктора Уэлша — ни слова, хотя тогда, казалось, до экспериментов с человеческими тканями — рукой подать. Использовать технологию "опрозрачнения" собирались в диагностике и хирургии, прежде всего — в лазерной хирургии, что предохранило бы от травм соседние с оперируемыми тканями.

Очевидно, что "гвоздь программы" — состав, которым "пропитали" ткани. По словам самого Уэлша, главной задачей было создать внутри живых клеток среду, оптические свойства которой полностью совпадали с такими же характеристиками воздуха. Кроме того, такую среду нужно было создать только из неядовитых веществ.

"Бумага, например, состоит из прозрачных волокон, и если она представляется нам белой и непрозрачной, то это происходит по той же самой причине, по которой нам кажется белым и непрозрачным толчёное стекло.

Промаслите белую бумагу, заполните все поры между частицами бумаги маслом так, чтобы преломление и отражение света происходило только на поверхности, и бумага сделается такой же прозрачной, как стекло. И не только бумага, но и волокна хлопка, льна, шерсти, дерева, а также — заметьте это, Кемп! — и кости, мышцы, волосы, ногти и нервы. Одним словом, весь человеческий организм состоит из прозрачных бесцветных тканей, за исключением красных кровяных шариков и тёмного пигмента волос; вот как мало нужно, чтобы мы могли видеть друг друга. По большей части ткани живого существа не менее прозрачны, чем вода".

На тот момент в медицине уже вовсю проводились эксперименты со спиртовыми "пропитками", однако группа Уэлша разработала уникальное для того времени сочетание, основой которого стал глицерин. Формула была настолько хороша, что ни в какое сравнение не шла с уже имеющимися эликсирами. Глицерин оказался "мутабором" и "сим-симом" невидимости.

Во время экспериментов "прозрачность" вводилась шприцем подкожно, и авторы фрагментарной невидимости обещали разработать мазь — чтоб не так больно было. Уэлш объяснял журналистам, что используемые им оптические процессы можно сравнить с образом объекта в густом тумане. Когда луч света попадает в этот туман, свет рассеивается во всех направлениях, создавая эффект рассеянного свечения вокруг того, что раньше было световым пучком.

Здесь видно, как в "окне" пульсирует кровь

По словам Уэлша (почти дословно), степень рассеивания зависит от размеров маленьких водяных капелек и коэффициента преломления по отношению к индексу рефракции (напомним, рефракция — это преломление световых лучей в атмосфере, проявляющееся в кажущемся смещении или изменении формы удаленных объектов) окружающего воздуха. Аналогично капелькам воды, микроскопические компоненты кожи также рассеивают свет.

Это рассеивание мешает нам увидеть подкожные сосуды, потому что свет пропускается кожей не прямолинейно, и он не может быть отражён. Рассеянный свет не в состоянии поддерживать процесс визуализации. Говоря по-русски, "не работает" в оптическом "контакте".

И наоборот — свет способен прямолинейно проходить сквозь прозрачные объекты, потому что их коэффициент рефракции аналогичен или идентичен тому же коэффициенту окружающей среды. Различные компоненты кожи и ткани рассеивают и преломляют свет "неоднородно" и по-разному — вот почему кожа и ткани не могут быть прозрачными.

Глицерин, будучи гигроскопическим спиртом, оказывается, способен изменять коэффициент рассеивания на небольших фрагментах по следующим причинам: ткань (всё это время мы говорим о ткани живого организма — никакого льна и шёлка), "пропитанная глицерином", сжимается ("съёживается") из-за уменьшившегося количества влаги (напомним, гигроскопичность — это способность поглощать влагу).

Вода на неопределённое время перемещается из клетки, а глицерин как бы замещает её, придавая ткани новый коэффициент преломления. Проще говоря, смочите глицерином кусок бумаги (можно туалетной), и коэффициент её прозрачности станет больше. И это в бытовых условиях. Представьте, как это выглядело в лабораторных, при том, что в эликсире использовалось оптимальное соотношение. Никакого волшебства. Один расчёт — но как эффектно!

Само открытие было сделано двумя аспирантами в UT Austin's College of Engineering — доктором Эриком Чаном (Eric Chan), который работает в медлаборатории в Кливленде (Indigo Medical in Cleveland) и доктором Дженнифер Бартон (Jennifer Barton), которая сейчас является ассистентом профессора биомединженерии в Университет Аризоны (University of Arizona).

Сами эксперименты сейчас продолжает Грэйси Варгас (Gracie Vargas). Сразу после открытия университет подал заявления на патент, и теперь эксперименты финансируются Национальным научным фондом (National Science Foundation), техасским образовательным центром (Texas Higher Education Coordinating Board Advance Research Program) и фондом Альберта и Клемми (Albert W. and Clemmie A. Caster Foundation).

На сегодняшний день, кажется, несколько увеличено время "невидимости", а состав стал менее разрушительным для тканей. Кроме того, есть сведения, что "эликсир невидимости" был очень успешно апробирован на желудочно-кишечных тканях и аортах.

"И если вы чуточку подумаете, то поймёте, что стеклянный порошок можно сделать невидимым и в воздухе, если только удастся довести коэффициент преломления света в нём до коэффициента преломления света в воздухе. Ибо в таком случае при переходе света из воздуха в порошок он не будет ни отражаться, ни преломляться.

— Всё это так, — сказал Кемп. — Но ведь человек — не стеклянный порошок!

— Нет, — сказал Гриффин. — Он прозрачнее".

Статья о науки и техники получена: Membrana.ru