ให้ความรู้เกี่ยวกับเวลา

นักวิทยาศาสตร์ได้ตั้งสมมติฐานมานานกว่าหกทศวรรษแล้วถึงความเป็นไปได้ในการสังเกตการสะท้อนของคลื่นในรูปแบบต่างๆ ซึ่งเรียกว่า การ สะท้อนชั่วขณะหรือเวลา ตรงกันข้ามกับการสะท้อนเชิงพื้นที่ ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อแสงหรือคลื่นเสียงกระทบกับขอบเขต เช่น กระจกหรือผนัง ณ ตำแหน่งเฉพาะในอวกาศ การสะท้อนของเวลาเกิดขึ้นเมื่อตัวกลางทั้งหมดที่คลื่นเคลื่อนที่อย่างกะทันหันและเปลี่ยนคุณสมบัติของมันอย่างกะทันหัน พื้นที่ทั้งหมด ในเหตุการณ์ดังกล่าว ส่วนหนึ่งของคลื่นจะถูกย้อนเวลา และความถี่ของมันจะถูกแปลงเป็นความถี่ใหม่ จนถึงปัจจุบัน ไม่เคยพบปรากฏการณ์นี้กับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเลย เหตุผลพื้นฐานสำหรับการขาดหลักฐานนี้คือคุณสมบัติทางแสงของวัสดุไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ง่ายด้วยความเร็วและขนาดที่ทำให้เกิดการสะท้อนของเวลา อย่างไรก็ตาม ในเอกสารที่ตีพิมพ์ใหม่ในNature Physicsนักวิจัยจากศูนย์วิจัยวิทยาศาสตร์ขั้นสูงที่ CUNY Graduate Center (CUNY ASRC) ให้รายละเอียดเกี่ยวกับการทดลองที่ก้าวล้ำ ซึ่งพวกเขาสามารถสังเกตการสะท้อนเวลาของสัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้าในวัสดุ metamaterial ที่ปรับแต่งได้ Andrea Alù ศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์ของ The Paper กล่าวว่า "สิ่งนี้น่าตื่นเต้นมากที่ได้เห็น เพราะนานมาแล้วที่ปรากฏการณ์ต่อต้านสัญชาตญาณนี้ถูกทำนาย และพฤติกรรมของคลื่นสะท้อนเวลาที่แตกต่างกันอย่างไรเมื่อเทียบกับคลื่นสะท้อนอวกาศ" City University of New York Graduate Center และผู้ก่อตั้ง CUNY ASRC Photonics Initiative "ด้วยการออกแบบวัสดุ metamaterial ที่ซับซ้อน เราจึงสามารถตระหนักถึงเงื่อนไขในการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของวัสดุได้ทันท่วงทีทั้งในทันทีทันใดและมีความเปรียบต่างอย่างมาก" ความสำเร็จนี้ทำให้สัญญาณบรอดแบนด์ส่วนใหญ่ที่เดินทางใน metamaterial ถูกย้อนเวลาและแปลงความถี่ในทันที เอฟเฟกต์ทำให้เกิดเสียงสะท้อนแปลก ๆ ซึ่งส่วนสุดท้ายของสัญญาณจะสะท้อนออกมาก่อน ดังนั้น หากคุณมองเข้าไปในกระจกย้อน เวลา ภาพสะท้อนของคุณจะกลับด้าน และคุณจะเห็นหลังของคุณแทนที่จะเห็นหน้า ในเวอร์ชันอะคูสติกของข้อสังเกตนี้ คุณจะได้ยินเสียงคล้ายกับเสียงที่เปล่งออกมาระหว่างการกรอเทป นักวิจัยยังแสดงให้เห็นว่าระยะเวลาของสัญญาณสะท้อนเวลาถูกยืดออกไปตามเวลาเนื่องจากการแปลงความถี่บรอดแบนด์ ผลที่ตามมาคือ หากดวงตาของเรามองเห็นสัญญาณแสง สีทั้งหมดของพวกมันจะเปลี่ยนไปอย่างกะทันหัน เช่น สีแดงจะกลายเป็นสีเขียว สีส้มจะเปลี่ยนเป็นสีน้ำเงิน และสีเหลืองจะกลายเป็นสีม่วง เพื่อให้บรรลุความก้าวหน้า นักวิจัยใช้วัสดุเมตาวิศวกรรม พวกเขาฉีดสัญญาณบรอดแบนด์เข้าไปในแถบโลหะคดเคี้ยวที่มีความยาวประมาณ 6 เมตร พิมพ์บนกระดานและโหลดด้วยสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์จำนวนมากที่เชื่อมต่อกับตัวเก็บประจุสำรอง จากนั้นสวิตช์ทั้งหมดจะถูกสั่งงานพร้อมกัน ทำให้อิมพีแดนซ์เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าตลอดแนวอย่างกระทันหันและสม่ำเสมอ การเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วและใหญ่ของคุณสมบัติทางแม่เหล็กไฟฟ้านี้ทำให้เกิดส่วนต่อประสานชั่วคราว และสัญญาณที่วัดได้ก็ส่งสำเนาของสัญญาณขาเข้าที่ย้อนเวลากลับไปอย่างเที่ยงตรง การทดลองแสดงให้เห็นว่าเป็นไปได้ที่จะสร้างส่วนต่อประสานเวลา ทำให้เกิดการย้อนเวลาอย่างมีประสิทธิภาพและการแปลงความถี่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าบรอดแบนด์ การดำเนินการทั้งสองนี้ให้อิสระในระดับใหม่สำหรับการควบคุมคลื่นที่รุนแรง ความสำเร็จดังกล่าวสามารถปูทางไปสู่การใช้งานที่น่าตื่นเต้นในการสื่อสารไร้สายและสำหรับการพัฒนาคอมพิวเตอร์ขนาดเล็กที่ใช้พลังงานต่ำและใช้คลื่น Gengyu Xu ผู้เขียนร่วมคนแรกของหนังสือพิมพ์และนักวิจัยหลังปริญญาเอกของ CUNY ASRC กล่าวว่า "อุปสรรคสำคัญที่ขัดขวางการสะท้อนเวลาในการศึกษาก่อนหน้านี้คือความเชื่อที่ว่าจะต้องใช้พลังงานจำนวนมากเพื่อสร้างส่วนต่อประสานทางโลก" "เป็นเรื่องยากมากที่จะเปลี่ยนคุณสมบัติของตัวกลางอย่างรวดเร็วเพียงพอ สม่ำเสมอ และมีคอนทราสต์เพียงพอต่อเวลาสะท้อนสัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้า เพราะพวกมันแกว่งเร็วมาก แนวคิดของเราคือการหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของวัสดุหลัก และสร้าง metamaterial แทน ซึ่งสามารถเพิ่มหรือลบองค์ประกอบเพิ่มเติมได้ทันทีผ่านสวิตช์ที่รวดเร็ว" "คุณสมบัติทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่แปลกใหม่ของวัสดุ metamaterials ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมโดยการรวมอินเทอร์เฟซเชิงพื้นที่จำนวนมากด้วยวิธีที่ชาญฉลาด" Shixiong Yin ผู้เขียนร่วมคนแรกนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของ CUNY ASRC และ The City College of New York กล่าว "การทดลองของเราแสดงให้เห็นว่ามีความเป็นไปได้ที่จะเพิ่มส่วนต่อประสานเวลาเข้าไปในส่วนผสม ขยายขอบเขตอิสระในการจัดการคลื่น นอกจากนี้ เรายังสามารถสร้างช่องเรโซแนนซ์เวอร์ชันเวลา ซึ่งสามารถใช้เพื่อสร้างรูปแบบใหม่ของ เทคโนโลยีการกรองสัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้า" แพลตฟอร์มวัสดุ metamaterial ที่เปิดตัวสามารถรวมอินเทอร์เฟซเวลาหลาย ๆ อันเข้าด้วยกันอย่างมีประสิทธิภาพ เปิดใช้งานผลึกเวลาแม่เหล็กไฟฟ้าและวัสดุ metamaterials เวลา เมื่อรวมกับส่วนต่อประสานเชิงพื้นที่ที่ปรับแต่งแล้ว การค้นพบนี้มีศักยภาพในการเปิดทิศทางใหม่สำหรับเทคโนโลยีโทนิค และวิธีการใหม่ในการปรับปรุงและจัดการปฏิสัมพันธ์ของสสารคลื่น งานวิจัยนี้ได้รับการสนับสนุนบางส่วนจากสำนักงานวิจัยวิทยาศาสตร์กองทัพอากาศและมูลนิธิไซมอนส์