天天觀天下！開創性實驗觀測到電磁波時間反射

(資料圖)

用于實現時間反射的實驗平臺示意圖。控制信號（綠色）用于統一激活沿金屬帶狀線分布的一組開關。在關閉/打開開關時，這種特制超材料的電磁阻抗會突然降低/升高，導致寬帶前向傳播信號（藍色）部分時間反射（紅色）。圖片來源：《自然·物理學》

科技日報北京3月14日電（記者張佳欣）60多年來，科學家們一直假設有可能觀測到一種不同形式的波反射，即所謂的時間反射。據最新一期《自然·物理學》雜志報道，美國紐約市立大學高級科學研究中心研究人員已將“時間反射”理論付諸實踐，觀察到電磁信號在定制的超材料中的時間反射，為其在整個電磁波段的操縱提供了第一個實驗證據。

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

這一突破性實驗導致在超材料中傳輸的相當大一部分寬帶信號瞬間被時間反轉和頻率轉換。這種效應形成了一種奇怪的回聲，信號的最后一部分首先被反射。

研究人員表示：“如果你看著一面時間鏡子，你的倒影就會翻轉，你會看到你的背影，而不是你的臉。在這一觀察的聲學版本中，你會聽到類似于倒帶時發出的聲音?！?/p>

研究人員還證明，由于寬帶頻率轉換，時間反射信號的持續時間被延長。因此，如果眼睛可看到這些光信號，它們的所有顏色都會突然變化，這樣紅色就會變成綠色，橙色會變成藍色，黃色會變成紫色。

為了實現突破，研究人員使用了工程超材料。他們將寬帶信號注入一條大約6米長的蜿蜒金屬條中，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關陣列。然后，所有的開關同時被觸發，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生了一個時間界面，測量信號攜帶了輸入信號的時間反轉副本。

該實驗證明了可實現時間接口，并產生高效的寬帶電磁波的時間反轉和頻率變換。這一成果可為無線通信應用以及小型、低能耗、基于波的計算機開發鋪平了道路。

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