Bạn có biết rằng phản xạ không gian, dù là từ ánh sáng hay âm thanh, thực sự rất dễ hiểu không? Khi tia sáng hoặc sóng âm va chạm vào một chiếc gương hay tường, chúng sẽ thay đổi hướng di chuyển. Điều này cho phép chúng ta nhìn thấy hình ảnh phản chiếu hay nghe được tiếng vọng của âm thanh ban đầu. Nhưng có một điều thú vị hơn nữa! Trong hơn 50 năm qua, các nhà khoa học đã lý thuyết hóa về một loại phản xạ khác trong cơ học lượng tử, được gọi là phản xạ thời gian.
Có thể bạn sẽ hình dung đến những chiếc xe DeLorean chạy bằng năng lượng hạt nhân hay một chiếc hộp cảnh sát kỳ quái, nhưng trên thực tế, phản xạ thời gian không giống như vậy. Phản xạ thời gian xảy ra khi toàn bộ môi trường mà sóng điện từ di chuyển bỗng nhiên thay đổi hướng. Điều này khiến một phần của sóng đảo ngược và tần số của nó biến đổi thành một tần số khác.
Vấn đề là phản xạ thời gian cần sự biến đổi đồng nhất trên toàn bộ trường điện từ, vì vậy các nhà khoa học đã từng nghĩ rằng sẽ rất tốn năng lượng để có thể quan sát phản xạ thời gian trong thực tế. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu tại Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Tiên tiến thuộc CUNY Graduate Center (CUNY ASRC) ở New York đã thành công trong việc quan sát phản xạ thời gian bằng cách gửi tín hiệu băng thông rộng vào một dải kim loại chứa các công tắc điện tử được kết nối với các tụ điện.
Việc này cho phép các nhà nghiên cứu kích hoạt các công tắc theo ý muốn, làm tăng gấp đôi điện trở trong dải. Sự thay đổi đột ngột này đã khiến các tín hiệu mang theo một phiên bản thời gian đảo ngược thành công. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trong tạp chí Nature Physics.
Gengyu Xu, một đồng tác giả và nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại CUNY ASRC, đã nói rằng: "Rất khó để thay đổi các thuộc tính của một môi trường đủ nhanh, đồng nhất và với độ tương phản đủ lớn để phản xạ điện từ thời gian, vì chúng dao động rất nhanh." Ông cho biết thêm: "Ý tưởng của chúng tôi là tránh thay đổi các thuộc tính của vật liệu chủ, và thay vào đó tạo ra một metamaterial mà trong đó các yếu tố bổ sung có thể được thêm hoặc bớt nhanh chóng thông qua các công tắc nhanh."
Phản xạ thời gian hoạt động khác biệt so với phản xạ không gian. Bởi vì phản xạ thời gian sẽ phản ánh phần cuối cùng của tín hiệu trước tiên, nên các nhà nghiên cứu cho rằng nếu bạn nhìn vào một "gương thời gian", bạn sẽ thấy lưng của mình thay vì khuôn mặt. Để mô tả trải nghiệm này bằng âm thanh, thì giống như nghe một băng ghi âm đang được tua ngược—với âm thanh nhanh và cao.
Sự thay đổi tần số, nếu có thể được thị giác của chúng ta cảm nhận, sẽ giống như màu sắc của ánh sáng đột ngột chuyển sang màu khác, như từ đỏ sang xanh lá cây. Chính tính chất ngược đời và kỳ lạ của phản xạ thời gian đã làm cho việc nghiên cứu khái niệm này trở nên thử thách hơn.
Andrea Alù, một giáo sư vật lý và giám đốc Sáng kiến Photonics của CUNY ASRC, đã chia sẻ: "Việc này thật sự rất thú vị, bởi vì hiện tượng trái ngược này đã được dự đoán từ rất lâu, và cách mà sóng phản xạ thời gian hành xử khác biệt so với sóng phản xạ không gian."
Câu hỏi lớn đặt ra là: Tại sao các nhà khoa học lại nỗ lực tái tạo phản xạ thời gian lý thuyết trong phòng thí nghiệm? Bởi vì việc kiểm soát các sóng điện từ một cách tinh vi có thể cải thiện đáng kể các hệ thống truyền thông không dây và thậm chí dẫn đến những tiến bộ trong các máy tính sử dụng sóng với mức năng lượng thấp.
Nói một cách đơn giản, hiểu biết về mọi khía cạnh của sóng điện từ—cả đi tới lẫn đi ngược lại—là điều vô cùng hữu ích!
Nguồn tham khảo: https://www.popularmechanics.com/science/a65416773/time-reflections-real-scientists-say/
Có thể bạn sẽ hình dung đến những chiếc xe DeLorean chạy bằng năng lượng hạt nhân hay một chiếc hộp cảnh sát kỳ quái, nhưng trên thực tế, phản xạ thời gian không giống như vậy. Phản xạ thời gian xảy ra khi toàn bộ môi trường mà sóng điện từ di chuyển bỗng nhiên thay đổi hướng. Điều này khiến một phần của sóng đảo ngược và tần số của nó biến đổi thành một tần số khác.
Vấn đề là phản xạ thời gian cần sự biến đổi đồng nhất trên toàn bộ trường điện từ, vì vậy các nhà khoa học đã từng nghĩ rằng sẽ rất tốn năng lượng để có thể quan sát phản xạ thời gian trong thực tế. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu tại Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Tiên tiến thuộc CUNY Graduate Center (CUNY ASRC) ở New York đã thành công trong việc quan sát phản xạ thời gian bằng cách gửi tín hiệu băng thông rộng vào một dải kim loại chứa các công tắc điện tử được kết nối với các tụ điện.
Việc này cho phép các nhà nghiên cứu kích hoạt các công tắc theo ý muốn, làm tăng gấp đôi điện trở trong dải. Sự thay đổi đột ngột này đã khiến các tín hiệu mang theo một phiên bản thời gian đảo ngược thành công. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trong tạp chí Nature Physics.
Gengyu Xu, một đồng tác giả và nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại CUNY ASRC, đã nói rằng: "Rất khó để thay đổi các thuộc tính của một môi trường đủ nhanh, đồng nhất và với độ tương phản đủ lớn để phản xạ điện từ thời gian, vì chúng dao động rất nhanh." Ông cho biết thêm: "Ý tưởng của chúng tôi là tránh thay đổi các thuộc tính của vật liệu chủ, và thay vào đó tạo ra một metamaterial mà trong đó các yếu tố bổ sung có thể được thêm hoặc bớt nhanh chóng thông qua các công tắc nhanh."
Phản xạ thời gian hoạt động khác biệt so với phản xạ không gian. Bởi vì phản xạ thời gian sẽ phản ánh phần cuối cùng của tín hiệu trước tiên, nên các nhà nghiên cứu cho rằng nếu bạn nhìn vào một "gương thời gian", bạn sẽ thấy lưng của mình thay vì khuôn mặt. Để mô tả trải nghiệm này bằng âm thanh, thì giống như nghe một băng ghi âm đang được tua ngược—với âm thanh nhanh và cao.
Sự thay đổi tần số, nếu có thể được thị giác của chúng ta cảm nhận, sẽ giống như màu sắc của ánh sáng đột ngột chuyển sang màu khác, như từ đỏ sang xanh lá cây. Chính tính chất ngược đời và kỳ lạ của phản xạ thời gian đã làm cho việc nghiên cứu khái niệm này trở nên thử thách hơn.
Andrea Alù, một giáo sư vật lý và giám đốc Sáng kiến Photonics của CUNY ASRC, đã chia sẻ: "Việc này thật sự rất thú vị, bởi vì hiện tượng trái ngược này đã được dự đoán từ rất lâu, và cách mà sóng phản xạ thời gian hành xử khác biệt so với sóng phản xạ không gian."
Câu hỏi lớn đặt ra là: Tại sao các nhà khoa học lại nỗ lực tái tạo phản xạ thời gian lý thuyết trong phòng thí nghiệm? Bởi vì việc kiểm soát các sóng điện từ một cách tinh vi có thể cải thiện đáng kể các hệ thống truyền thông không dây và thậm chí dẫn đến những tiến bộ trong các máy tính sử dụng sóng với mức năng lượng thấp.
Nói một cách đơn giản, hiểu biết về mọi khía cạnh của sóng điện từ—cả đi tới lẫn đi ngược lại—là điều vô cùng hữu ích!
Nguồn tham khảo: https://www.popularmechanics.com/science/a65416773/time-reflections-real-scientists-say/
