Наука Гарри Поттера. Завораживающие знания, лежащие в основе магии, гаджетов, зелий и многого другого - Джон Чейз

большинство твердых материалов начинают видимо светиться. Пиковая частота электромагнитного излучения для данной температура приходится на инфракрасную область, но часть захватывает красный конец видимого спектра, и мы можем зарегистрировать излучение как тусклое красное свечение. Вот почему, когда лампочка накаливания приглушена до низкого уровня освещенности (и температуры), видно, что нить светится красным. Повышение температуры увеличивает интенсивность испускаемого света (он становится ярче), а также пиковую частоту излучения. Это приводит к изменению цвета с красного на оранжевый, желтый, а затем белый при самых высоких температурах, отсюда и термин «раскаленный добела» для описания экстремального нагрева.

При тех температурах, которым она подвергается, вольфрамовая нить лампочки накаливания быстро сгорела бы в присутствии кислорода. Вот почему нити располагаются в колбе, которая его не содержит. Изначально это достигалось путем создания вакуума внутри колбы, но позже было обнаружено, что заполнение ее инертным газом, таким как аргон, может замедлить испарение нити, позволяя ей работать при еще более высоких температурах.

Кончик палочки можно нагревать до тех пор, пока он не начнет излучать видимый свет, но нахождение в среде с кислородом означает практически неизбежное возникновение пожара. Это усугубляется фактом, что оболочка палочки сделана из дерева, гораздо менее жаростойкого, чем тугоплавкий вольфрам, используемый в большинстве ламп накаливания. Однако у каждой палочки также есть сердцевина из какого-либо магического вещества, такого как волосы из хвоста единорога, сердечная нить дракона или перо феникса. Возможно, эти волшебные материалы обладают качествами, намного превосходящими возможности вольфрама.

Люмос Солем!

В фильме «Гарри Поттер и Философский камень» Гермиона использует заклинание Люмос Солем для создания яркого луча света, имитирующего солнечный. А можно ли воспроизвести волшебной палочкой настоящий солнечный свет?

Звезды полагаются на перманентно идущий термоядерный синтез, чтобы обеспечить энергию для производства фотонов. При огромном давлении и температуре в ядре звезд атомы сплавляются вместе, высвобождают энергию, которая постепенно достигает поверхностного слоя, называемого фотосферой. Атомы в фотосфере поглощают энергию, а затем снова выплескивают ее, в основном в форме видимого света.

Слои под фотосферой также плотны и имеют низкий коэффициент отражения, поэтому звезду и можно рассматривать практически как абсолютно черное тело и классический источник света накаливания. И хотя лампочка не может обеспечить точное соответствие солнечному свету, она использует тот же принцип генерации излучения. Так может, для воссоздания эффекта Люмос просто встроить маленькую лампочку в кончик палочки?

Что ж, маленькие лампочки накаливания впервые стали применяться в фонариках примерно в 1900 году. Они питались электричеством от батарей и имели серьезные ограничения, как по долговечности, так и по яркости свечения. В настоящее время лампы накаливания могут быть изготовлены длиной всего 6 миллиметров и мощностью 0,3 Вт. Если разместить такую на конце волшебной палочки и снабдить подходящим источником питания, то вполне можно излучать белый свет, подобный Люмос.

Более эффективным вариантом было бы использовать светоизлучающие диоды (светодиоды). В отличие от ламп накаливания, они функционируют за счет электролюминесценции и выделяют не так много тепловой энергии. В результате для получения света той же мощности им требуется меньше питания, и, соответственно, их можно сделать еще меньше по размерам.

Люмос Максима!

В фильме «Узник Азкабана» Гарри Поттер использует заклинание Люмос Максима, чтобы палочка излучала наибольшее количество света, которое в принципе способна произвести. По сути, это превращает палочку в прожектор.

Однако чем мощнее свет, тем больше фотонов должно высвобождаться каждую секунду. Тогда нам пришлось бы увеличить площадь поверхности, которая испускает фотоны, то есть заставить палочку излучать свет на половину своей длины, а не только кончиком.

Или, в случае накаливания, мы могли бы увеличить количество испускаемых фотонов, повысив температуру. Но это сместило бы частоту пикового излучения, а значит, изменился бы и цвет. Исключая таким образом возможность, что палочка является раскаленным добела источником накаливания, мы остаемся с более холодным люминесцентным источником света.

Если свет от палочки является результатом люминесценции, то в зависимости от конкретного метода потребуются разные способы увеличения скорости реакций, вызывающих образование света. Это может быть сделано путем повышения температуры, увеличения подаваемого напряжения или повышения интенсивности любого другого процесса, лежащего в основе производства света.

Итак, палочку с ярко светящимся кончиком можно сделать несколькими способами. Однако каким бы ни был в точности процесс создания света, в основе своей он все равно будет обусловлен тем, что электроны возбуждаются до более высоких уровней, а затем излучают «лишнюю» энергию в виде света.

Увидим ли мы когда-либо мантию-невидимку?

Идея одежды-невидимки присутствует в легендах на протяжении многих веков. В средневековой валлийской мифологии среди «Тринадцати сокровищ острова Британия» есть предмет, называемый Мантией Артура в Корнуолле, который мог сделать своего владельца невидимым.

В волшебном мире принято считать, что мантия-невидимка, которую унаследовал Гарри Поттер, является одним из трех легендарных Даров Смерти, предположительно созданных самой Смертью для одного из братьев Певерелл в XIII веке. Согласно легенде, первоначальное предназначение мантии состояло в том, чтобы позволить владельцу избежать встречи со Смертью, однако большую часть времени она просто скрывала человека от его врагов. Неудивительно, что в реальном мире идея иметь одежду или устройство, которые смогут сделать что-то практически невидимым, очень привлекательна, особенно для военных.

Камуфляж

В течение многих лет военные используют камуфляжную одежду, чтобы противникам было труднее их обнаружить. Как правило, камуфляж включает в себя ношение цветов, совпадающих с окружающим ландшафтом, а также использование дробящих узоров, разрушающих воспринимаемый контур объекта. Но это лишь искажает то, что мы видим, а не делает объект по-настоящему невидимым.

В природе способность организма сливаться с окружающей средой известна как защитная окраска, и она дает серьезное преимущество в выживании. Например, белого медведя труднее заметить в его естественной снежной среде, в то время как листовое насекомое имеет как цвет, так и форму листьев дерева, на котором оно обитает. Поскольку адаптивные особенности этих животных не зависят от времени и места, они используют пассивный камуфляж. С другой стороны, хамелеоны и осьминоги используют активный (также известный как адаптивный) камуфляж, поскольку приспосабливают цвет, рисунок, текстуру или форму своей кожи к любому окружению, в котором находятся. Осьминоги, в частности, могут изменять все эти параметры, чтобы имитировать близлежащие объекты, тогда как хамелеоны, в основном, только меняют цвет и рисунок.

В волшебном мире существует заклинание, копируюшее эффект хамелеона. Они называются Дезиллюминационные чары и заставляют объект применения приобретать цвет и текстуру вещей, расположенных за ним. Опять же, как и в приведенных выше примерах, цель все еще видна, но замаскирована таким образом, что нам трудно ее распознать.

Адаптивный камуфляж

Адаптивный камуфляж исследовался различными группами магловских ученых в плане применения как для людей, так и для транспортных средств. В 2003 году в Токийском университете была разработана система под названием Optical