Существуют ли предметы, отражающие свет назад?

     Каждый, кто когда-либо изучал школьный учебник физики и задумывался над тем, как работают оптические приборы, такие как микроскоп, телескоп, бинокль, фотоаппарат и т. п., помнит, конечно, основные за-коны лучевой (геометрической) оптики. К их числу, как известно, относятся закон прямолинейного распространения света, закон независимости световых пучков, закон отражения света от зеркал, законы преломления света. Эти законы были известны ещё Платону (430 г. до н. э.).

     Особое внимание исследователей уделялось и уделяется закону отражения света: ведь без преувеличения можно сказать, что бо2льшую часть информации об окружающих нас предметах мы получаем из того, как они отражают свет. Мы часто говорим: «Угол падения равен углу отражения». Иногда этой фразе придаём метафорическое и даже философское звучание. Всегда ли, однако, это верно?

     Можно ли, например, создать предмет, который отражал бы свет в направлении, обратном направлению падающего света, т.е. возвращал свет к источнику?

     Чтобы ответить на этот и другие аналогичные вопросы, необходимо, прежде всего, определить, какой смысл вкладываем мы в слова «отражение света». Строго говоря, эти слова принадлежат геометрической оптике. С точки зрения волновой оптики, более адекватным является термин «дифракция волн на неоднородностях», поскольку поверхность раздела двух сред  это по существу своего рода неоднородность. Об отражении света можно говорить тогда, когда размеры отражающих поверхностей очень велики по сравнению с длиной волны света.

     Следует при этом различать зеркальное отражение от гладкой поверхности, где радиус кривизны r при переходе вдоль поверхности на расстояние порядка длины волны λ меняется на величину Δ r << λ, и диффузное отражение от шероховатой поверхности, когда Δ r ∼ λ. В случае диффузного отражения нельзя, конечно, утверждать, что угол падения равен углу отражения.

     Но как создать световозвращающие поверхности? Ведь они могли бы быть важными элементами системы безопасности нашей жизнедеятельности. Это подсказывает сама Природа. Живое существо не имеет более верного и сильного защитника, чем глаз. Видеть – значит определять детали окружения и отличать врагов от друзей. Вспомним хотя бы глубоководных рыб. Казалось бы, эти рыбы должны быть безглазыми, ведь свет почти не проникает на большие глубины.

     В действительности это не так. Большинство глубоководных рыб имеют глаза, и притом (в относительном рассмотрении), самые большие в мире позвоночных. Глаза их, по-видимому, самые чувствительные среди животных, что обеспечивает зрительное восприятие слабых следов света на значительных морских глубинах.

     Более того, глубоководные морские рыбы сами способны производить свет, немного освещать окружающее пространство и становиться видимыми для других зрячих животных. Они обладают поэтому люминесцирующими органами, находящимися около глаз или на других местах тела. Свечение таких органов происходит за счёт окисления и служит маленьким маяком для рыб, ос-вещая им путь и встречные тела. Значительная часть света, попадающая на другую рыбу, возвращается при этом в глаз излучающей рыбы.

     Нетрудно понять, что световозвращающая поверхность должна состоять из элементарных световозвращателей, размер которых велик по сравнению с длиной волны света и мал по сравнению с размером отражающей поверхности. Это вполне осуществимо в настоящее время.

     В современной жизни широко используются различные полимерные покрытия. Они выполняют в основном защитные, декоративные или декоративно-защитные функции. В последние годы, однако, возрастает роль покрытий, выполняющих более тонкие функции. Речь идёт, например, о ферролаковых, терморегулирующих и других системах. К числу последних относятся также световозвращающие покрытия. Они наносятся обычно на тонкие плёнки, которые затем приклеиваются к нужному объекту. Основную оптическую функцию световозвращающих материалов выполняют монослой микроскопических стеклянных шариков и расположенный за ним на определённом расстоянии зеркально отражающий слой. Элементарный световозвращатель при этом состоит как бы из линзы и зеркала, находящегося на фокусном расстоянии от линзы.

     Световозвращающие покрытия возвращают назад к источнику часть светового потока, достаточную для того, чтобы использовать их в каче-стве средств пассивной сигнализации на транпорте и в других областях деятельности.

     С точки зрения физики световозвращающие плёнки являются световозвращающими материалами с весьма специальной индикатриссой рассеяния. Характерные фотометрические свойства таких материалов определяются тонкими деталями в стуктуре покрытия.

     Технология изготовления световозвращающих материалов поэтому значительно сложнее традиционной лакокрасочной технологии. Она относится к так называемым тонким технологиям, осуществление которых возможно лишь на основе глубокого знания физики и химии конденсированного состояния вещества.