爱读书 探索 物理学家构建了“反激光”功能,可以从整个房间为手机充电

物理学家构建了“反激光”功能,可以从整个房间为手机充电

反激光”功能为手机充电?

物理学家构建了“反激光”功能,可以从整个房间为手机充电-爱读书

图片是一项特斯拉线圈产生电弧的早期试验,它能在开阔的空间内发射能量,不幸的是其无法有效地为手机充电。

(图片:©Airarcs / CC BY-SA 3.0)

科学家们找到了一种在任何空间内完美发射能量的方法,这要归功于他们称之为 “反激光”的科幻装置。

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这个想法很简单:就像激光以整齐有序的方式发射光粒子或光子一样,反激光以相反的顺序一个接一个地吸收光子。长期以来,研究人员一直猜测,这样的设备可能会使电线和充电电缆成为历史,让人们可以在不插电源的情况下,通过空间将能量传输到笔记本电脑或手机上,并为其供电。但是,尽管之前已经测试了基本的反激光,但现实世界并不像激光瞄准实验室固定接收器那样整齐有序。电子设备四处移动,物体进入障碍物,墙壁以意想不到的方式反射能量。实验中展示的新型抗激光技术可以解释所有这些情况,它接收以不可预测的模式在空间周围发射的散射能量,仍然可以接收99.996%的发射功率。

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他们使用方法的正式术语是“相干完美吸收”(CPA)。 “相干完美吸收”用一台机器在空间内传送电源,而另一台(“反激光”)会将其吸回。研究人员在11月17日发表在《自然通讯》上的一篇论文中写道,过去的“相干完美吸收”实验令人兴奋,但有一个基本限制:时间方向。这些实验仅在时间可以像消逝一样容易倒流的情况下起作用,而这种情况在我们的日常生活中很少存在。

反激光装置最简单的模型是,激光笔将光子一个接一个地发射到接收器中,使其将光子吞噬,无论你快进还是倒退播放其动作磁带,图像看起来都基本相同:光子从一个装置中弹出,穿越太空,进入另一个装置。物理学术语中,这样的设置被称为具有“时间反转对称性”。时间反转对称性只出现在没有太多熵的系统中,或者系统陷入无序的固有倾向中。

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到目前为止,即使是最复杂的“相干完美吸收”实验也有时间反转对称性。有些实验比激光笔瞄准接收器还要复杂。但是,即使是复杂的项目,也可以将其设置为逆转过程,使其具有时间反转对称性。

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(下面是一个复杂事件如何成为时间反转对称性的示例:想象一下有卷磁带,记录一个业余爱好者从整齐有序的箱子中捡起乐高积木,用它们来建造一个埃菲尔铁塔模型。结果看起来可能很复杂,但是磁带会记录每一块积木的去向,所以倒放磁带就会看到业余爱好者将这些积木拆开并重新组装。)

但在这项新的研究中,研究人员利用磁场强烈地撞击光子,以使其丧失时间反转对称性。传递能量的过程中发射光子就像搅拌汤一样:它无法逆向工作。(想像一下不去搅拌汤)但是设备仍然可以通电。

研究人员在论文中写道,这“证明了‘相干完美吸收’远远超出了其最初作为‘时间反转激光器’的概念,这暗示着它有一天可能会在现实世界中得到实际应用。这是因为现实世界不像做时间可逆实验的实验室那么整洁,而是混乱且不可预测的,而且从长远来看永远也不会如此。为了使“相干完美吸收”能够在那些极具挑战的条件下工作,它必须要能够应对。

研究人员在两个实验装置中都使用了微波能,从而实现了这种非时间反转“相干完美吸收”。第一个是光子必须导航才能到达接收器的“迷宫”电线。第二个是一个小的,不规则的“黄铜腔”,中间有一个接收器,光子在散射并穿过空腔后到达。

为了实现这一目标,研究人员发射了不同特性的微波,并测试了哪种频率、振幅和相位的组合(任何电磁波的三种特征)即使是在穿过磁场、迷宫或不规则的开阔空间之后,最有可能落在接收器上并被吸收。在每一种情况下,他们都确定了一个理想的微波发射器“调谐”,使大部分微波被吸收(迷宫中为99.999%,开阔空间中为99.996%)。在实际应用中(例如你的客厅),发射器会测试并重新测试不同的频率、振幅和相位,以便将光子传输到接收器。

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该技术有三个主要的潜在应用。研究人员写道,第一种是远距离无线能量传输。 (向插入式笔记本电脑说再见)另一种是传感设备,可以检测光子散射在任何空间的细微变化。 (想象一下,一个监控摄像头可以感觉到入侵者在空间中移动。)

第三种是消息传递系统,它可以安全地将信息传输到隐藏的接收者,通过“相干完美吸收”技术发送的信号可以使用不断变化的调谐数字作为某种密码来加密数据。只有接收方或知道接收方确切行为的人才能解密该消息。

这样的技术进入到我们的现实生活还需要很长的一段时间。但研究人员写道,这项实验表明,它们存在可行性。

作者: Rafi Letzter – Staff Writer

FY: 小蜜蜂

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