Физики отправили луч света в прошлое

Новая технология не означает, что ученые фактически повернули вспять течение времени. Скорее, они нашли способ побудить оптическую волну пересечь прямой путь в обратном направлении, возвращаясь к своей исходной точке.

Впервые обращение оптических волн было достигнуто с полным контролем над всеми степенями свободы света одновременно.

Это было бы огромным достижением само по себе, но необходимая высокая степень пространственно-временного контроля имеет значение для таких приложений, как визуализация, нелинейная оптика и микроманипуляции.

Инверсия времени волн происходит, когда волна, распространившись через среду, повторно излучается таким образом с другой стороны, что она точно повторяет свой путь обратно к источнику. Эти два пути математически точно такие же, за исключением направления времени.

Это было достигнуто с помощью низкочастотных волн, таких как акустические волны, волны на воде и, в электромагнитном спектре, микроволны. Физики ранее также достигли частичного пространственно-временного контроля оптических волн; но гораздо более высокие частоты оптических волн труднее измерить и, следовательно, контролировать.

Это то, что делает работу физиков из Университета Квинсленда (UQ) в Австралии и Nokia Bell Labs такой замечательной.

"Представьте, что из крошечной точки пропускается короткий световой импульс через какой-то рассеивающий материал, например туман", - объясняет физик UQ Микаэль Мунаикс. "Свет начинается в одном месте в пространстве и в один момент времени, но рассеивается, когда проходит сквозь туман и достигает другой стороны в разных местах в разное время. Мы нашли способ точно измерить, где весь этот рассеянный свет приходит и в какое время, а затем создает "обратную" версию этого света и отправляет ее обратно через туман".

Этот переизлучаемый свет повторяет исходный процесс рассеивания, чтобы вернуться в единственную точку, из которой был испущен первый луч, в единый момент времени.

Устройство команды состоит из формирователя импульсов для управления формой лазерных импульсов и многоплоскостного преобразования света, которое позволяет команде преобразовывать свет в пространстве.

Таким образом, исследователи могли управлять светом в двух пространственных степенях - амплитуде и фазе, а также в одном временном градусе, когда он проходил через оптическое волокно.

Получившуюся в результате обращенную во времени волну, по словам исследователей, можно сравнить со случайно выглядящим облаком света.

"Чтобы создать это световое облако, вам нужно взять первый шар света, летящий в систему, а затем вылепить из него желаемую трехмерную структуру", - говорит физик UQ Джоэл Карпентер. "Скульптура должна происходить в масштабе времени триллионных долей секунды, так что это слишком быстро, чтобы лепить с использованием каких-либо движущихся частей или электрических сигналов - подумайте об этом как о стрельбе по глиняному шарику на высокой скорости через статическое устройство без движущихся частей, который разрезает мяч, отклоняет части, а затем рекомбинирует части, чтобы создать выходную скульптуру, и все это, когда глина пролетает сквозь нее, не замедляясь".

Исключительный контроль, достигнутый командой, можно увидеть в серии изображений. Они настроили устройство так, чтобы на дальнем конце свет формировал формы, такие как буквы алфавита или смайлик.

The University of Queensland

Хотя изображения милые, они также вызывают большой интерес: такой уровень контроля может позволить волне сфокусироваться на области, недоступной традиционными средствами. Сама среда может использоваться для фокусировки повторно рассеянного света.

"Этот новый тип управления в оптике, - пишут исследователи в своей статье , - может открыть множество возможностей, которые не являются просто обобщениями предыдущих демонстраций низкочастотных явлений с такими приложениями, как нелинейная микроскопия, микрообработка, квантовая оптика, оптический захват, нанофотоника и плазмоника, оптическое усиление и другие новые нелинейные пространственно-временные явления, взаимодействия и источники".

Напомним, ранее сообщалось, что физики доказали существование петли времени.

Источник