Американські фізики-теоретики запропонували механізм детектування ідеального плаща-невидимки - оболонки, яку сторонній спостерігач не може «побачити» за допомогою як завгодно широкого діапазону електромагнітного випромінювання. Для цього необхідно в передбачуване місце знаходження плаща-невидимки вистрілити пучком дуже швидко рухаються заряджених частинок. Як показали вчені, потрапляння частинок в матеріал оболонки і їх проходження через неї буде генерувати електромагнітне випромінювання, за яким дадуть можливість виявити присутність плаща-невидимки.
Ідеальний плащ-невидимка, здатний приховувати об'єкти під будь-яким кутом зору і у всіх діапазонах електромагнітного випромінювання (включаючи видиме світло), поки не створено. Але це не означає, що він не може існувати - ніяким законам фізики він не суперечить.
Фотони електромагнітного випромінювання (світла) поширюються прямо, якщо показник заломлення середовища на всьому їхньому шляху не змінюється. Але в разі мінливості (анізотропії) показника заломлення фотони можуть рухатися по досить химерним траєкторіях - наприклад, всім відомі міражі викликані якраз криволінійним рухом світлових променів. У зв'язку з цим немає нічого принципово неможливого в тому, щоб створити оболонку, яка направляла б світло в обхід об'єкта (рис. 1), а потім знову відновлювала колишній напрям його поширення.
На практиці все набагато складніше. По-перше, щоб сконструювати плащ-невидимку, необхідно отримати речовину з заданим (в залежності від форми плаща-невидимки) анізотропним показником заломлення, що вже само по собі дуже непросто. По-друге, навіть якщо такий матеріал вдасться створити, необхідно ще, щоб він був абсолютно прозорим (практично не поглинав електромагнітне випромінювання). У природних умовах середовища з подібними характеристиками не зустрічаються, тому їх доводиться виготовляти штучно.
Нехай, проте, у нас є ідеальний плащ-невидимка. Чи можна його виявити? За допомогою світла (або інших електромагнітних хвиль) не можна: промені, якими ми спробуємо його висвітлити, він пропустить через себе так само, як і будь-які інші.
Спробуємо розібратися, чому при проходженні через плащ-невидимку потоку рівномірно і прямолінійно рухомих заряджених частинок виникає випромінювання.
Нагадаємо, що робота плаща-невидимки грунтується на акуратному обгинанні фотонами захованого об'єкту. Такий рух фотонів зовнішній спостерігач може описати як рух у викривленому просторі (кажучи науковою мовою, в просторі з викривленою метрикою), див. Рис. 2а. Подібно до того як чорна діра своєю гравітацією викривляє простір-час, матеріал плаща-невидимки викривляє електромагнітне простір, в якому за законами, описуваних рівняннями Максвелла, рухаються фотони.
Якщо на рух фотонів в плащі-невидимці подивитися «їх на власні очі», то вони ніякого викривлення своєї траєкторії не відчують. Для них електромагнітне простір залишилося необуреним, плоским. Фотонам буде «здаватися», що вони, як і раніше (до потрапляння в плащ-невидимку), подорожують прямолінійно.
Що стосується потоку заряджених частинок, то вони пройдуть через плащ-невидимку (з його викривленим електромагнітним простором) по прямій. Але це - з точки зору зовнішнього спостерігача, а самим частинкам картина їх переміщення в електромагнітному просторі буде представлятися зовсім інший (рис. 2b). Завдяки наявності електричного заряду частинки будуть «відчувати» викривлене електромагнітне простір всередині плаща невидимки; їм буде здаватися, що це простір плоске, а їх рух в плащі-невидимці стало криволінійним.
Більш того, рух частинок щодо електромагнітного простору виявиться ще і нерівномірним: в точках входу в плащ-невидимку і виходу з нього (точки А і С на рис. 2b) швидкість пучка має максимальне значення і перевершує швидкість світла в матеріалі плаща. Тут пучок частинок породить черенковское випромінювання (див. Статтю Випромінювання сверхсветових частинок (ефект Черенкова), PDF, 150 Кб, в Соросовском освітньому журналі).
Черенковськоє випромінювання виникає там, де частки (неважливо, заряджені вони чи ні) рухаються зі швидкістю, що перевищує швидкість світла в даному середовищі; при цьому створюється воно не рухаються частками, а атомами речовини, яке ними пронизує.
Усередині плаща-невидимки частки спочатку знижують свою швидкість до величини меншою, ніж швидкість світла в речовині (крива АВ), а потім плавно її збільшують (крива ВС). Через те що рух заряджених частинок по траєкторії АВС виявляється нерівномірним і криволінійним, вони будуть породжувати магнітотормозного випромінювання.
Та обставина, що частинки рухаються по кривій тільки щодо викривленого електромагнітного простору, не завадить зацікавленій спостерігачеві виявити породжене ними електромагнітне випромінювання і таким чином помітити невидимий плащ-невидимку.
Описавши теоретичну модель виникнення електромагнітного випромінювання при проходженні пучка заряджених частинок через плащ-невидимку, американські теоретики потім апробували свої результати на конкретному прикладі. Вони розглянули ідеальний плащ-невидимку у вигляді сферичної оболонки з внутрішнім і зовнішнім радіусом 1 і 2 мкм відповідно і «направили» на нього тонкий пучок електронів, що складається з 1000 частинок і рухається зі швидкістю 90 # 37; від швидкості світла у вакуумі.
Мал. 3. Розподіл в реальному фізичному просторі електричної компоненти електромагнітного випромінювання, що виникає при проходженні пучка з 1000 електронів через ідеальний плащ-невидимку (швидкість руху частинок становить 90 # 37; від швидкості світла у вакуумі). Плащ-невидимка - сферична оболонка з внутрішнім і зовнішнім радіусами 1 і 2 мкм відповідно. Для зручності розрахунків за початок відліку часу було прийнято час проходження пучком середини плаща-невидимки; показані моменти від t = -7 ФС (фемтосекунд, 1 фс = 10 -15 с) до t = 11 фс. Пунктирна лінія показує траєкторію руху електронів. Поточне положення пучка електронів в момент часу, відповідний кожному з малюнків, показано зеленою стрілкою. Малюнок з обговорюваної статті в Phys. Rev. Lett
У момент t = -7 фемтосекунд електрони (показані зеленою стрілкою) знаходяться в безпосередній близькості від плаща-невидимки. Ніякого випромінювання поки що немає. Напруженість електричного поля створюється тільки за рахунок зарядів електронів.
Далі ще раз опишемо, тепер уже на конкретному прикладі, процес проходження електронів через плащ-невидимку з їх власної точки зору. Як тільки перші частки потрапили в плащ, атоми його матеріалу починають випускати черенковское випромінювання, оскільки швидкість електронів більша за швидкість світла в середовищі. У міру просування електрони починають рухатися криволинейно і спочатку сповільнюватися, а потім знову прискорюватися, через що вони самі тепер породжують іншу різновид електромагнітного випромінювання - магнітотормозного випромінювання. Цьому моменту відповідають кадри візуалізації руху електронів в реальному фізичному просторі при t = -2,5 ФС (електрони увійшли в оболонку), t = 0 (середина оболонки) і t = 3 ФС (коли вони наближаються до виходу з плаща-невидимки). Наблизившись до кордону оболонки, електрони знову збільшують свою швидкість до величини, більшої, ніж швидкість світла в речовині, і знову створюють черенковское випромінювання. При t = 7 фс пучок заряджених частинок залишає плащ-невидимку, залишивши після себе два різновиди електромагнітного випромінювання: черенковское і магнітотормозного.
Для зовнішнього спостерігача в фізичному просторі черенковское і магнітотормозного випромінювання, породжувані частками в викривленому електромагнітному просторі, не будуть відрізнятися. Він зможе детектувати наявність плаща-невидимки по так званому перехідному випромінюванню (див. Статтю С. П. Денисова Перехідний випромінювання, PDF, 111 Кб, в Соросовском освітньому журналі).
Перехідне випромінювання виникає при перетині зарядженою часткою кордону між двома середовищами з різними показниками заломлення. А оскільки матеріал плаща-невидимки за рахунок анізотропії показника заломлення є нескінченний набір таких різних середовищ, перехідне випромінювання буде породжуватися уздовж всієї траєкторії руху пучка через плащ. Саме розподіл напруженості електричного поля перехідного випромінювання і показано на рис. 3, і саме по ньому зовнішній спостерігач може виявити плащ-невидимку.