Д а виждаме отраженията си в огледалото в банята или да чуваме гласовете си, отразени от стените на тунел, не са точно явления, които е нужно някой да доказва. Но сега учените показаха, че е възможно да се отразява нещо далеч по-малко интуитивно: времето.
В статия, публикувана в Nature Physics, екип от Градския университет в Ню Йорк е отразил част от електромагнитна вълна назад във времето. Това е първият случай, в който това умопомрачително постижение е постигнато с този конкретен вид сигнал, а техниката им би могла да помогне на инженерите да създадат компютри, които изпращат свръхбързи сигнали чрез светлина.
Светлинните или звуковите отражения, с които сме свикнали, известни още като пространствени отражения, се случват, когато вълната срещне своеобразна преграда - някаква физическа повърхност, през която не може да премине. Вместо да продължи по своя весел път, вълната се отразява обратно. "Светлината се отразява от огледало, защото импедансът на огледалния материал е много различен от този на въздуха, така че вълните, които се удрят в огледалото, трябва да се върнат обратно, те не могат да влязат в огледалото", казва съавторът на изследването Андреа Алу пред Motherboard.
Отразяването на времето е подобно, казва Алù, с тази разлика, че вместо физическа преграда, огледалото на времето работи, като създава рязка промяна във времето. "Колкото по-голям е контрастът, толкова по-силно е отражението на времето", каза той.
Scientists Created a Mind-Bending 'Mirror' That Reflects Time Backwards - https://t.co/KweRFBhTkQ
— Petrov Dempski (@petrovdempski) March 22, 2023
В своето изследване Алù и екипът му създават "огледало на времето", като създават материал, способен буквално да огъва пространството и времето - така наречения метаматериал. Материалът изглежда като голяма пластмасова дъска, покрита с дълга метална лента, която се преплита напред-назад. Металът е зареден с гъста колекция от превключватели, които могат да се включват и изключват по-бързо от честотата на входящата вълна. Това рязко превключване създава огледалото.
За да потвърдят, че то работи, изследователите изпращат кратък електромагнитен сигнал с неравномерна форма (т.е. някои от неравностите във вълната са по-високи от други) в метаматериала. Те могат да разберат, че вълната е била отразена във времето, тъй като тя излиза назад и се разтяга - двата отличителни признака на отразяването на времето.
Представете си го по следния начин: Ако погледнете лицето си във времево огледало, ще видите задната част на главата си, а не предната. Освен това, тъй като вълната се разтяга, цветовете също биха се променили, тъй като цветът е основно това колко бързо сигналите й се отразяват във времето. Червената ви тениска щеше да изглежда зелена, оранжевият ви сок щеше да стане син, а жълтеникавата ви коса - виолетова.
Това не е първият случай, в който учените обръщат времето, а самата идея датира отпреди около шест десетилетия. "Всъщност това е много често срещана операция. Отразяването на времето всъщност е ключът към много технологии", казва Алу. Например, възможно е да се изчистят сигналите за радиокомуникация по цифров път, като се вземе сигналът, съхрани се в паметта, обработи се, за да се обърне, и се изплюе отново. По този начин се отстраняват някои от изкривяванията, които се получават при изпращането на сигнала. Изследователите и преди са успявали да обърнат вълни с много специфични честоти.
Последният експеримент е различен, тъй като изследователите са успели да обърнат във времето вълна с много различни честоти, а не само с една, и то без да използват компютър. "Нашият експеримент показва, че може да се направи това с всякаква честота по същество", казва Алу.
Изследването означава, че изследователите са една малка стъпка по-близо до създаването на оптични компютри - системи, които използват светлина, произведена от лазери, за обработка и съхранение на данни - или други технологии, които използват светлината. За да можете да отразявате светлинните вълни във времето, които имат много по-висока честота, ще ви трябват много по-бързи превключватели, каза Алù. "Важна следваща стъпка е да покажем, че можем да отразяваме времето за по-високи честоти. Обикновено технологиите за превключване започват да се разпадат, когато навлезете в терахерцовите честоти", обясни Алù. Следващите им експерименти ще бъдат в честотния диапазон от стотици гигахерци, все още на повече от хиляда пъти разстояние от 400-те и повече терахерца на видимата светлина.
Еран Лустиг, постдокторант по електроинженерство в Станфордския университет, който не е участвал в изследването, заяви в имейл пред Motherboard, че понастоящем възможностите ни да променяме свойствата на светлината са ограничени, което означава, че възможностите ни да създаваме технологии, разчитащи на светлината, също са ограничени.
"Разчупването на тази парадигма ще даде възможност за много по-голяма свобода при манипулирането на светлината в комуникацията, изчисленията и др.", каза той. "Освен лазерите, тази демонстрация на времево отражение е стъпка напред в способността ни да модулираме материали във времето", каза Лустиг.
