Světlo se může odrážet nejen v prostoru, ale i v čase

Anna Demingová informuje prostřednictvím Scientific American: [A]Ačkoli zatím neexistuje způsob, jak vejce rozebrat, v některých pečlivě kontrolovaných scénářích v rámci relativně jednoduchých systémů se výzkumníci dokázali vrátit v čase. Trik spočívá ve vytvoření určitého typu odrazu. Nejprve si představte pravidelný prostorový odraz, jako ten, který vidíte v zrcadle ze stříbrného skla. Zde dochází k odrazu, protože pro paprsek světla je stříbro zcela jiným prostředkem přenosu než vzduch; Náhlá změna optických vlastností způsobí, že se světlo odrazí zpět, jako když pingpongový míček narazí do zdi. Nyní si představte, že místo toho, aby se měnily v konkrétních bodech prostoru, optické vlastnosti podél dráhy paprsku se prudce mění v konkrétním okamžiku. Místo aby se světlo poskakovalo v prostoru, bude se časem odrážet zpět a pečlivě sledovat své dráhy, jako když se pingpongový míček vrací k hráči, který jej zasáhl naposledy. Toto je „převrácení času“. Zvraty času fascinovaly teoretiky po celá desetiletí, ale v praxi se ukázaly jako extrémně obtížně realizovatelné, protože rychle a dostatečně změnit optické vlastnosti hmoty není jednoduchý úkol. Nyní však vědci z City University of New York prokázali zásadní průlom: Vytvářejte časové odrazy založené na světle. Za tímto účelem fyzik Andrea Allo a jeho kolegové vytvořili „metamateriál“ s laditelnými optickými vlastnostmi, které mohou upravit během nanosekund, aby snížili nebo zdvojnásobili rychlost světla, které jím prochází. Metamateriály mají vlastnosti určené jejich strukturou; Mnohé z nich se skládají z polí mikroskopických tyčinek nebo prstenců, které lze vyladit tak, aby interagovaly se světlem a manipulovaly s ním způsobem, jakým to nedokáže žádný přírodní materiál. Alo říká, že použití jejich schopnosti myslet včas odhalilo některá překvapení. „Teď si to uvědomujeme [time reflections] „Mohlo by to být bohatší, než jsme si mysleli, kvůli způsobu, jakým to implementujeme.“ […]

Zařízení vyvinuté Alo a jeho spolupracovníky je v podstatě vlnovod, který řídí mikrovlnné frekvenční světlo. Řada spínačů hustě rozmístěných podél vlnovodu jej spojuje s obvody kondenzátorů, které mohou dynamicky přidávat nebo odebírat materiál, se kterým se světlo setká. To může radikálně změnit efektivní vlastnosti vlnovodu, například to, jak snadno propouští světlo. „Neměníme hmotu, přidáváme nebo odečítáme hmotu,“ říká Alo. „Proto může být proces tak rychlý.“ Časové zvraty přicházejí s řadou neočekávaných efektů, které byly teoreticky předpovězeny, ale nikdy nebyly prokázány pomocí světla. Například to, co je na začátku původního signálu, bude na konci odraženého signálu – situace podobná pohledu na sebe do zrcadla a pohledu na zadní část hlavy. Kromě toho, zatímco standardní odraz mění způsob, jakým světlo prochází prostorem, odraz času mění časové složky světla – tedy jeho frekvence. Výsledkem je, že na časově převráceném zobrazení má zadní část vaší hlavy také jinou barvu. Alo a jeho kolegové pozorovali oba efekty v přístroji týmu. Společně slibují další pokroky ve zpracování signálu a komunikaci – dvě oblasti životně důležité například pro funkci vašeho smartphonu, které se spoléhají na efekty, jako je frekvenční konverze.

Jen pár měsíců po vývoji zařízení Alo a jeho kolegové pozorovali ještě překvapivější chování, když se pokusili vytvořit ve vlnovodu změnu času během… Vystřelující dva paprsky světla na sebe uvnitř. Srážející se světelné paprsky se typicky chovají jako vlny a vytvářejí interferenční obrazce, ve kterých se jejich překrývající se vrcholy a prohlubně sčítají nebo ruší jako vlnky na vodě (v „konstruktivní“ nebo „destruktivní“ interferenci). Ale světlo může ve skutečnosti fungovat jako bodový projektil, jako foton nebo jako oscilující vlnové pole – to znamená, že má „Dualita vlna-částice„Obecně daný scénář vyvolá pouze jedno nebo druhé chování. Například srážející se světelné paprsky se od sebe neodrážejí jako kulečníkové koule! Ale podle experimentů Ala a jeho týmu se zdá, že když dojde k obrácení času, Výzkumníci dosáhli tohoto podivného efektu tím, že kontrolovali, zda se srážející se vlny konstruktivně nebo destruktivně interferovaly – zda se vzájemně sčítaly nebo ubíraly – kdy došlo k obrácení času. Tím, že vědci řídili přesný okamžik, kdy as jakým časem k obrácení došlo, vědci prokázal, že dvě vlny se od sebe odrazily se stejnou amplitudou. Vlna, se kterou začaly, jako když se srážejí kulečníkové koule, může místo toho skončit s menší energií, jako když se houbové koule odrážejí, nebo dokonce získat energii.“ kuličky na obou koncích prodloužené pružiny. „Můžeme zajistit, aby tyto interakce šetřily energii, dodávaly jim energii nebo je potlačovaly,“ říká Alo a zdůrazňuje, jak by časové reverze mohly poskytnout nový ovládací knoflík pro aplikace zahrnující přeměnu energie a tvarování pulzu, kde se tvar vlny mění, aby se zlepšil pulzní signál.