Fizycy zbudowali „anty-laser” do ładowania telefonu z drugiego końca pokoju

Naukowcy wymyślili sposób na perfekcyjne przesyłanie energii do dowolnego pomieszczenia dzięki urządzeniu, które nazywają „anty-laser”.

Pomysł jest prosty: tak jak laser emituje cząsteczki światła lub fotony jeden po drugim w schludnym i uporządkowanym rzędzie, anty-laser zasysa fotony jeden po drugim w odwrotnej kolejności. Naukowcy od dawna spekulowali, że takie urządzenie może sprawić, że przewody i kable staną się przeszłością, umożliwiając ludziom niewidoczne przesyłanie energii przez pokój do laptopa lub telefonu i zasilanie go bez podłączania. Ale chociaż podstawowe anty-lasery były już wcześniej testowane, rzeczywisty świat nie jest tak schludny i uporządkowany, jak laser skierowany na stały odbiornik w laboratorium. Elektronika się porusza, przeszkadzają przedmioty, ściany odbijają energię w nieoczekiwany sposób. Nowy anty-laser zademonstrowany w tym eksperymencie rozwiązuje te problemy i odbiera rozproszoną energię – otrzymując 99,996% wysyłanej mocy.

Formalny termin określający zastosowaną metodę to „koherencyjny pochłaniacz doskonały” (CPA). CPA używa jednej maszyny do wysyłania mocy przez pokój, a drugiej („anty-laser”), aby ją z powrotem zasysać. Wcześniejsze eksperymenty CPA, jak napisali naukowcy w artykule opublikowanym 17 listopada w czasopiśmie Nature Communications, były ekscytujące, ale miały fundamentalne ograniczenie: kierunek czasu. Eksperymenty działały tylko w sytuacjach, w których czas mógł płynąć równie łatwo do tyłu, jak do przodu, co rzadko występuje w naszym codziennym życiu.

Najprostszy model konfiguracji anty-laserowej, obejmujący wskaźnik laserowy strzelający fotonami jeden po drugim do odbiornika, który je pochłania, wyglądałby w zasadzie tak samo, niezależnie od tego, czy odtwarzałeś taśmę z jego działaniem do przodu czy do tyłu: foton wyskakuje z jednego urządzenia, podróżuje w przestrzeni i wchodzi do innego urządzenia. Mówi się, że konfiguracje takie, z punktu widzenia fizyki, mają „symetrię odwrócenia czasu”. Symetria odwrócenia czasu pojawia się tylko w systemach bez dużej entropii lub nieodłącznej tendencji systemów do popadania w nieład.

Do tej pory nawet najbardziej złożone eksperymenty CPA miały symetrię odwrócenia czasu. Niektóre były bardziej złożone niż wskaźnik laserowy wycelowany w odbiornik. Ale nawet skomplikowane projekty mają tę symetrię, jeśli są skonfigurowane w taki sposób, że proces można odwrócić.

(Oto przykład tego, jak skomplikowane wydarzenie może być symetrycznym odwróceniem czasu: Wyobraź sobie kasetę wideo przedstawiającą hobbystę, który podnosi klocki Lego ze starannie zorganizowanej pudełka i używa ich do budowy modelu wieży Eiffla. Wynik wyglądałby na skomplikowany, ale zapis na taśmie, pokazywałby gdzie układany był każdy kawałek, więc odtworzenie taśmy od tyłu pokazałoby hobbystę zabierającego klocki i ponowne ułożenie ich uporządkowanych w pudełku).

Jednak w ramach tej nowej pracy naukowcy wykorzystano pola magnetyczne do przepychania fotonów tak agresywnie, że utracono odwróconą symetrię czasu. Proces przekazywania mocy – strzelanie do fotonów – był jak mieszanie zupy: nie działa wstecz. (Wyobraź sobie, że próbujesz wymieszać zupę.) Ale urządzenie nadal było zasilane.

To „dowodzi, że koncepcja CPA wykracza daleko poza jej pierwotną koncepcję jako „laser odwrócony w czasie”” – napisali naukowcy w artykule, sugerując, że pewnego dnia może mieć praktyczne zastosowanie w świecie rzeczywistym. Dzieje się tak, ponieważ prawdziwy świat nie jest tak schludny jak odwracalny w czasie eksperyment laboratoryjny. Jest chaotyczny i nieprzewidywalny i nigdy nie jest odwracalny w czasie w dłuższej perspektywie. Aby CPA działał w tych trudnych warunkach, musi być w stanie sobie z tym poradzić.

Naukowcy dokonali tego nieodwróconego w czasie CPA w dwóch konfiguracjach eksperymentalnych, w obu wykorzystujących energię mikrofalową. Pierwszym był „labirynt” przewodów, po których fotony musiały nawigować, aby dotrzeć do odbiornika. Drugą była mała, nieregularna „mosiężna wnęka” z odbiornikiem pośrodku, do której fotony docierały po rozproszeniu i przemierzeniu otwartej przestrzeni wnęki.

Aby to osiągnąć, naukowcy wyemitowali mikrofale o różnych właściwościach i przetestowali, która kombinacja częstotliwości, amplitud i faz (trzech cech dowolnej fali elektromagnetycznej) najprawdopodobniej wyląduje w odbiorniku i zostanie pochłonięta – nawet po przejściu przez pola magnetyczne i labirynt lub nieregularna otwarta przestrzeń. W każdym przypadku określili idealne „dostrojenie” emitera mikrofal, które spowodowało pochłonięcie większości mikrofal (99,999% w labiryncie, 99,996% w otwartej przestrzeni).

Istnieją trzy główne potencjalne zastosowania tej technologii. Pierwszym z nich jest bezprzewodowy transfer energii na odległość – napisali naukowcy. Innym jest urządzenie wykrywające, które może wykryć subtelne zmiany w każdym pomieszczeniu, w którym rozproszone są fotony. (Wyobraź sobie kamerę bezpieczeństwa, która wyczuwa intruza przechodzącego przez pokój.)

Trzeci to system przesyłania wiadomości, który może bezpiecznie przesyłać informacje do ukrytego odbiorcy; Sygnały przesyłane przez CPA mogłyby wykorzystywać stale zmieniające się numery dostrajania jako rodzaj hasła do szyfrowania danych. Tylko odbiorca lub ktoś, kto by je znał, mógł odszyfrować wiadomość.

Wszelkie takie zastosowania w świecie rzeczywistym są wciąż daleko. Ale ten eksperyment pokazuje, że są przynajmniej możliwe, napisali naukowcy.

Źródła: Rafi Letzter

Perfect absorption in complex scattering systems with or without hidden symmetries

Zdjęcia: Airarcs/CC BY-SA 3.0

Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x