手机充电新模式:科学家研制"反激光器"


手机充电新模式:科学家研制"反激光器"



据国外媒体报道,最近科学家借助一个所谓的“反激光器”设备,终于找到一种可以穿过任何房间完美发射能量的方法 。
这个想法很简单:就像激光可以整齐有序地一个接一个发射光子一样,反激光器可以反向整齐有序地一个接一个吸收光子 。 长期以来,研究人员猜测,这样的设备或许可以让电线和充电线成为过去,允许人们用看不见的能量束隔空给笔记本或手机充电,或者使用笔记本时再也不需要接电源 。 但是,尽管基础的反激光器早已经在实验室测试过,但现实世界可不像在实验室里用激光对准固定接收器那么简单、有序 。 比如:电子设备位置不固定,杂物会妨碍能量传输,墙壁会以意想不到的方式反射能量 。 但是,本实验中演示的最新反激光器可以解决上面所有这些问题,并且可以接收空间中无序分散的能量束——接收率甚至可高达99.996% 。
研究人员使用的这种方式的正式术语叫做“相干完美吸收”(CPA) 。 相干完美吸收使用一台机器在房间内发送能量,然后用另一台机器(“反激光器”)吸收能量 。 研究人员在11月17日发表于《自然通讯》上的论文中写道,过去的相干完美吸收实验令人欣喜,但仍有一个基本局限:时间方向 。 实验仅在一种情况下有效,即时间可以同样容易地前进或后退 。 然而在我们的日常生活中,这种情况很少存在 。
一个最简单的反激光器设置模型,涉及使用一支激光笔一个接一个地向接收器发射光子 。 这个过程,如果录下来的话,无论是正着播放还是倒着播放,看起来都一样:光子从一个设备弹出,穿过空间,进入另一个设备 。 这样的设置,用物理术语来说,就是具有“时间反演对称性” 。 时间反演对称性仅出现在没有太多熵的系统中,或者说系统具有趋向于混乱的固有倾向 。
到目前为止,即便是最复杂的相干完美吸收实验也具有时间反演对称性 。 有些实验比激光笔对准接收器更复杂 。 但如果有意为之的话,甚至连复杂的项目也可以具有时间反演对称性 。
(一个复杂事件可具备时间反演对称性的例子如下:想象有一盘录像带,其中一个业余爱好者从整齐的箱子里拿起乐高积木,堆了一个埃菲尔铁塔模型 。 结果看起来有点复杂,但录像可以记录下每一块积木的去向 。 如果倒着播放录像的话,你可以看到这个业余爱好者将积木从模型上拿下来,然后重新整理好 。 )
但是对于这项新的研究,研究人员使用磁场猛烈地撞击光子,从而破坏时间反演对称性 。 传递能量的过程——发射光子——仿佛搅拌一碗汤一样:使得逆向过程行不通(就好比你不能逆向搅拌一碗汤这个过程) 。 但是,“搅拌”之后,设备仍然可以接收到能量 。
研究人员在论文中写道:这“证明了相干完美吸收的概念可以超越其最初的‘时间可逆激光器’这个构想”,暗示有朝一日这个概念可以在现实世界中得到实际应用 。 因为我们的现实世界不像时间可逆的实验室环境那么整齐 。 我们的现实世界混乱且难以预测,长期而言时间更不可逆 。 如果想让相干完美吸收在这样的环境中可行,我们必须要克服一些困难 。
研究人员在两个实验设置中均使用了微波能量,从而实现了这种非时间可逆的相干完美吸收 。 首先是电线“迷宫”,光子必须通过这个迷宫才能达到接收器 。 其次是一个微型的不规则“黄铜腔”,中间有一个接收器,光子在分散之后,穿过腔体空间,最终达到接收器 。
为了实现这一点,研究人员发射了具有不同特征的微波,然后测试了频率、振幅和相位(即电磁波的三个特征)的哪一种组合,最有可能落在接收器上并被吸收,哪怕是经过了磁场和迷宫或不规则开放空间的“试炼” 。 他们对每种情况,都确定了可以使大多数微波被吸收的理想微波发射器“调谐”(在迷宫中接收率为99.999%,开放空间中为99.996%) 。 在实际应用中(比如客厅),发射器会测试及重新测试不同的频率、振幅和相位,以将光子传输给接收器 。

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