開(kāi)創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到電磁波時(shí)間反射

(a) 常規(guī)空間反射：一個(gè)人在照鏡子時(shí)看到自己的臉，或者在說(shuō)話時(shí)回聲以相同的順序返回。(b) 時(shí)間倒影：人在照鏡子時(shí)看到自己的背影，他們看到的自己是不同的顏色。他們以相反的順序聽(tīng)到自己的回聲，類似于倒帶。(c) 用于實(shí)現(xiàn)時(shí)間反射的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)示意圖。控制信號(hào)（綠色）用于統(tǒng)一激活沿金屬帶狀線分布的一組開(kāi)關(guān)。在關(guān)閉/打開(kāi)開(kāi)關(guān)時(shí)，這種特制超材料的電磁阻抗會(huì)突然降低/升高，導(dǎo)致寬帶前向傳播信號(hào)（藍(lán)色）部分時(shí)間反射（紅色），所有頻率都被轉(zhuǎn)換。圖片來(lái)源：《自然·物理學(xué)》

科技日?qǐng)?bào)記者 張佳欣

60多年來(lái)，科學(xué)家們一直假設(shè)有可能觀測(cè)到一種不同形式的波反射，即所謂的時(shí)間反射。據(jù)最新一期《自然·物理學(xué)》雜志報(bào)道，美國(guó)紐約市立大學(xué)高級(jí)科學(xué)研究中心研究人員已將“時(shí)間反射”理論付諸實(shí)踐，觀察到電磁信號(hào)在定制的超材料中的時(shí)間反射，為其在整個(gè)電磁波段的操縱提供了第一個(gè)實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

當(dāng)人們照鏡子時(shí)，反射圖像是從鏡面反射的電磁光波產(chǎn)生的，這是一種被稱為空間反射的現(xiàn)象。同樣，聲波的空間反射形成回聲。此前，科學(xué)家們從未在電磁波中觀察到時(shí)間反射現(xiàn)象。原因是，材料的光學(xué)性質(zhì)不能以引起時(shí)間反射的速度和幅度輕易改變。

這一突破性實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致在超材料中傳輸?shù)南喈?dāng)大一部分寬帶信號(hào)瞬間被時(shí)間反轉(zhuǎn)和頻率轉(zhuǎn)換。這種效應(yīng)形成了一種奇怪的回聲，信號(hào)的最后一部分首先被反射。

研究人員表示：“如果你看著一面時(shí)間鏡子，你的倒影就會(huì)翻轉(zhuǎn)，你會(huì)看到你的背影，而不是你的臉。在這一觀察的聲學(xué)版本中，你會(huì)聽(tīng)到類似于倒帶時(shí)發(fā)出的聲音?！?/p>

研究人員還證明，由于寬帶頻率轉(zhuǎn)換，時(shí)間反射信號(hào)的持續(xù)時(shí)間被延長(zhǎng)。因此，如果眼睛可看到這些光信號(hào)，它們的所有顏色都會(huì)突然變化，這樣紅色就會(huì)變成綠色，橙色會(huì)變成藍(lán)色，黃色會(huì)變成紫色。

為了實(shí)現(xiàn)突破，研究人員使用了工程超材料。他們將寬帶信號(hào)注入一條大約6米長(zhǎng)的蜿蜒金屬條中，印在一塊板上，上面裝載著連接到蓄電池電容器的密集電子開(kāi)關(guān)陣列。然后，所有的開(kāi)關(guān)同時(shí)被觸發(fā)，沿線的阻抗突然一致加倍。電磁特性的這種快速而巨大的變化產(chǎn)生了一個(gè)時(shí)間界面，測(cè)量信號(hào)攜帶了輸入信號(hào)的時(shí)間反轉(zhuǎn)副本。

該實(shí)驗(yàn)證明了可實(shí)現(xiàn)時(shí)間接口，并產(chǎn)生高效的寬帶電磁波的時(shí)間反轉(zhuǎn)和頻率變換。這一成果可為無(wú)線通信應(yīng)用以及小型、低能耗、基于波的計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)鋪平了道路。