Физики создали «антилазер», чтобы заряжать ваш телефон через всю комнату
Ученые придумали способ идеально направлять энергию в любую комнату благодаря научно-фантастическому устройству, которое они называют «антилазер».
Идея проста: точно так же, как лазер излучает световые частицы или фотоны, один за другим в аккуратном и упорядоченном ряду, антилазер всасывает фотоны один за другим в обратном порядке. Исследователи давно предполагают, что с таким устройством провода и зарядные кабели могут уйти в прошлое, позволяя людям незримо передавать энергию через комнату к ноутбуку или телефону и питать его, не подключая его к розетке. Но хотя в основных антилазерах есть были протестированы ранее, реальный мир не такой аккуратный и упорядоченный, как лазер, направленный на стационарный приемник в лаборатории. Электроника движется, предметы мешают, стены неожиданным образом отражают энергию. Новый антилазер, продемонстрированный в этом эксперименте, объясняет все это, и он получает рассеянную энергию, излучаемую вокруг пространства по непредсказуемой схеме, при этом получая 99,996% посланной энергии.
Формальный термин для использованного ими метода – «когерентное совершенное поглощение» (CPA). CPA использует одну машину для передачи энергии по комнате, а другую («антилазер») – для ее возврата. Прошлые эксперименты с CPA, писали исследователи в статье, опубликованной 17 ноября в журнале Nature Communications, были захватывающими, но имели фундаментальное ограничение: направление времени. Эксперименты срабатывали только в ситуациях, когда время могло течь как назад, так и вперед, что редко встречается в нашей повседневной жизни.
Простейшая модель противолазерной установки, включающая лазерную указку, стреляющую фотонами один за другим в приемник, который их поглощает, будет выглядеть в основном одинаково независимо от того, проигрываете ли вы кассету с его действием вперед или назад: фотон выскакивает из одного устройства , путешествует по космосу и входит в другое устройство. С точки зрения физики, подобные установки обладают «симметрией обращения времени». Симметрия относительно обращения времени возникает только в системах без особой энтропии или врожденной тенденции систем к беспорядку.
До сих пор даже самые сложные эксперименты CPA обладали симметрией обращения времени. Некоторые из них были более сложными, чем лазерный указатель, нацеленный на приемник. Но даже сложные проекты обладают такой симметрией, если они устроены так, что процесс можно обратить вспять.
(Вот пример того, как сложное событие может быть симметричным относительно обращения времени: представьте себе видеокассету, на которой любитель берет детали Lego из аккуратно организованного ящика и использует их для создания модели Эйфелевой башни. Результат будет выглядеть сложным, но лента будет запишите, где пропала каждая часть, так что перемотка ленты в обратном направлении просто показала бы любителю, что разбирает части и снова организует их.)
Но для этой новой работы исследователи использовали магнитные поля, чтобы толкать фотоны так агрессивно, что симметрия обращения времени была потеряна. Процесс передачи энергии – стрельба фотонами – был похож на перемешивание супа: он не работает в обратном направлении. (Представьте, что пытаетесь размешать суп.) Но устройство все равно получило питание.
Это «доказывает, что концепция CPA выходит далеко за рамки его первоначальной концепции как« обращенного во времени лазера »», – написали исследователи в своей статье, предполагая, что однажды он может найти практическое применение в реальном мире. Это потому, что реальный мир не такой изящный, как лабораторный эксперимент с обратимым временем. Это беспорядочно и непредсказуемо, и в долгосрочной перспективе необратимо. Чтобы CPA мог работать в этих сложных условиях, он должен уметь с ними справляться.
Исследователи реализовали этот CPA без обращения во времени в двух экспериментальных установках, в обеих использовалась микроволновая энергия. Первым был «лабиринт» проводов, по которым фотоны должны были пройти, чтобы добраться до приемника. Вторая представляла собой небольшую «латунную полость» неправильной формы с приемником в середине, в которую фотоны попадали после рассеяния и прохождения открытого пространства в полости.
Чтобы добиться этого, исследователи испустили микроволны с различными свойствами и проверили, какая комбинация частот, амплитуд и фаз (три особенности любой электромагнитной волны), скорее всего, приземлится на приемник и поглотится – даже после прохождения через магнитные поля и лабиринт или неправильное открытое пространство. В каждом случае они определили идеальную «настройку» микроволнового излучателя, при которой большая часть микроволн поглощалась (99,999% в лабиринте, 99,996% в открытом пространстве). В реальных приложениях (например, в вашей гостиной) излучатель будет проверять и повторно проверять различные частоты, амплитуды и фазы для передачи фотонов на приемник.
Есть три основных потенциальных применения этой технологии. Исследователи написали, что первый – это беспроводная передача энергии на расстоянии. (До свидания, подключение вашего ноутбука.) Еще одно устройство – это чувствительное устройство, которое может обнаруживать незначительные изменения в любой комнате, где рассеиваются фотоны. (Представьте себе камеру слежения, которая может почувствовать злоумышленника, движущегося по комнате.)
Третий – это система обмена сообщениями, которая может безопасно передавать информацию скрытому получателю; сигналы, отправленные через CPA, могут использовать постоянно изменяющиеся числа настройки как своего рода пароль для шифрования данных. Только получатель или кто-то, кто знал точное поведение получателя от момента к моменту, мог расшифровать сообщение.
До любого такого реального использования еще далеко. Но этот эксперимент показывает, что они по крайней мере возможны, пишут исследователи.
В нашем Telegram‑канале вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
