一项打破常规的实验表明了电磁波的时间反作用力

发布时间：2023-03-21 11:17:52 所属栏目：动态来源：

导读：有时候当我们面带笑容地照镜子的时候，我们总是习惯于每次看到我们的脸都不由自主地回望我们。反射的图像是由电磁波在镜面上反射产生的，形成了一种叫做空间反射的常见现象。同样，声波的空间反射形成回声，将我们的

有时候当我们面带笑容地照镜子的时候，我们总是习惯于每次看到我们的脸都不由自主地回望我们。反射的图像是由电磁波在镜面上反射产生的，形成了一种叫做空间反射的常见现象。同样，声波的空间反射形成回声，将我们的话按照我们说话的顺序传回给我们。

六十多年来，科学家们一直假设有可能观察到一种不同形式的反射，即所谓的时间性反射。与空间反射不同的是，空间反射是当光或声波在空间的某一特定位置撞到一个边界（如镜子或墙壁）时产生的，而时间反射则是当波在其中传播的整个介质突然在所有空间中突然改变其属性时产生的。在这样的事件中，波的一部分在时间上被逆转，其频率被转换为新的频率。

(a)传统的空间反射。一个人在照镜子时看到自己的脸，或者当他们说话时，回声以同样的顺序传回来。(b) 时间反射。人在照镜子的时候看到自己的背影，他们看到自己的颜色不同。他们听到自己的回声以相反的顺序出现，类似于一盘倒带。

到目前为止，这种奇怪的现象从未被近距离的观察探测到直接可以用于产生的电磁波。这种缺乏证据的根本原因是，材料的光学特性不能轻易地诱发时间反射的速度和幅度改变。然而，现在，在《自然-物理学》新发表的一篇论文中，纽约市立大学研究生中心高级科学研究中心（CUNY ASRC）的研究人员详细介绍了一个突破性的实验，他们能够在一个定制的超材料中观察到电磁信号的时间反射。

这一壮举使在超材料中传播的宽带信号的很大一部分瞬间被时间逆转和频率转换。这种效果形成了一种奇怪的回声，其中信号的最后一部分首先被反射。结果是，如果你要看一面时间镜，你的反射会被翻转，你会看到你的背部而不是你的脸。在这个观察的声学版本中，有些时候会莫名其妙听到一些类似于老式磁带倒带时磁头发出的声音。

用于实现时间反射的实验平台的插图。一个控制信号（绿色）被用来均匀地激活一组沿金属带状线分布的开关。在关闭/打开开关时，这种定制的超材料的电磁阻抗突然减少/增加，导致宽带正向传播的信号（蓝色）被部分时间反射，（红色）其所有频率被转换。

为了实现他们的突破，研究人员使用了工程超材料。他们将宽带信号注入一条蜿蜒的金属带，该金属带长约6米，印在一块板子上，并装载了密集的电子开关阵列，与储能电容相连。然后所有的开关同时被触发，沿线的阻抗突然均匀地增加了一倍。这种电磁特性的快速而巨大的变化产生了一个时间接口，而测量的信号忠实地携带着传入信号的时间反转副本。

论文的共同第一作者、纽约市立大学ASRC的博士后研究员徐根玉说："在以前的研究中，阻碍时间反射的关键路障是认为需要大量的能量来创造一个时间界面。要足够快地、均匀地、以足够大的对比度改变介质的属性来时间反映电磁信号是非常困难的，因为它们的振荡非常快。我们的想法是避免改变主材料的属性，而是创造一种超材料，在其中通过快速开关可以突然增加或减少额外的元素。"

引入的超材料平台可以有力地结合多个时间界面，实现电磁时间晶体和时间超材料。与量身定制的空间接口相结合，这一发现有可能为光子技术开辟新的方向，并为增强和操纵波与物质的相互作用提供新的途径。

（编辑：汽车网）

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