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光不仅可以在空间中反射,还可以在时间上反射

2023-12-05 20:31:40  来源:激光网原创    

  光不仅可以在空间中反射,还可以在时间上反射,探索这种“时间反射”的研究人员发现了大量令人愉悦的奇怪和有用的效果。

  我们能让时间倒流吗?问一个精明的物理学家,答案将是“视情况而定”。

  逆行时间旅行的方案比比皆是,但通常涉及不可调和的悖论,并依赖于古怪的理论结构,如虫洞。然而,当谈到简单地让时间倒流时——类似于搅拌炒鸡蛋,看到蛋黄和蛋白重新分离——波浪物理学的一个丰富且不断增长的子领域表明,这种“时间逆转”是可能的。

  时间倒流似乎从根本上与物理学中最神圣的原则之一——热力学第二定律相冲突,该定律本质上指出,无序——更具体地说是“熵”——总是在增加,正如保持整洁所需的不断工作所证明的那样。这种不可阻挡地滑向混乱和腐朽,往往使解开鸡蛋变得难以置信,也推动了时间的箭头在我们的日常经历中单向旅行。尽管到目前为止还没有办法解开鸡蛋,但在相对简单的系统中,在某些精心控制的场景中,研究人员已经设法让时间倒流。

  诀窍是创造某种反射。首先,想象一个有规律的空间反射,就像你在银背玻璃镜中看到的一样。这里发生反射是因为对于一束光来说,银是一种与空气截然不同的传输介质;光学特性的突然变化导致光线反弹,就像乒乓球撞墙一样。现在想象一下,光线路径上的光学特性不是在空间中的特定点发生变化,而是在特定时刻急剧变化。光线不会在太空中后退,而是会及时反冲,精确地回溯其轨迹,就像乒乓球回到最后击中它的球员一样。这是一种“时间反思”。

  几十年来,时间反射一直让理论家着迷,但在实践中被证明是非常棘手的,因为快速和充分地改变材料的光学特性并非易事。然而,现在,纽约市立大学的研究人员已经展示了一项突破:创建基于光的时间反射。

  为此,物理学家安德里亚·阿卢和他的同事们设计了一种具有可调节光学特性的“超材料”,他们可以在几分之一纳秒内进行调整,使光通过的速度减半或增加一倍。超材料具有由其结构决定的特性;许多由微观棒或环阵列组成,可以调整这些杆或环,以天然材料无法做到的方式与光相互作用和操纵光。Alù 说,将他们的力量用于时间反射,揭示了一些惊喜。“现在我们意识到,由于我们实施它们的方式,[时间反射]可能比我们想象的要丰富得多,”他补充道。

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