Ученые научились «хранить» механические и световые волны
Logo
Cover

Группа ученых из США провела эксперимент по улавливанию и перенаправлению волн — механических или световых. Такие устройства в будущем могли бы преобразить то, как мы собираем энергию, проводим квантовые вычисления, храним информацию или следим за поломками.

Волны света и звука лежат в основе большинства наших технологий — от двигателей до смартфонов. Ученые, однако, еще не нашли способа сохранить волну в целости на неопределенное время, а затем направить ее в нужную точку, пишет Science Daily.

Эксперимент ученых из Городского университета Нью-Йорка и Технологического института Джорджии доказал, что нетрадиционные формы возбуждения открывают новые возможности контроля за распространением и рассеянием волн.

Аккуратно настроив временную зависимость от возбуждения, можно поймать волну в полости, а затем выпустить ее в нужном направлении.

Для этого исследователям нужно было понять, как изменить базовые взаимодействия между волнами и материалами. Когда волна света или звука сталкивается с препятствием, она либо частично абсорбируется, или отражается и рассеивается. Процесс абсорбции вызывает немедленное превращение волны в тепло или другие формы энергии. Вещества, не абсорбирующие волны, могут только отражать их. Целью ученых был поиск метода имитации процесса абсорбции без превращения волны в другие формы энергии, но сохранение ее в материале. Эта идея, предложенная теоретиками два года назад, получила название когерентной виртуальной абсорбции.

Как это работает

Чтобы доказать эту теорию, ученым пришлось подогнать временную эволюцию волн таким образом, чтобы, вступая в контакт с неабсорбирующими материалами, они не отражались и не поглощались. Волна должна быть поймана внутри, как если бы она была абсорбирована — и ее можно будет освободить по необходимости.

Во время эксперимента исследователи распространили две механические волны, движущиеся в противоположных направлениях, вдоль волновода из углеродистой стали, в котором была полость. Изменения во времени каждой волны тщательно контролировались, чтобы полость получила всю энергию столкновения. Затем, остановив возбуждение или расстроив одну из волн, они получили возможность управлять выходом сохраненной энергии и послать ее в любом направлении.

Этот универсальный метод можно с тем же успехом использовать для радиоволн или света, утверждают авторы опубликованной в журнале Science Advances статьи.  Так что такие устройства в будущем могли бы преобразить то, как мы собираем энергию, проводим квантовые вычисления, храним информацию или следим за поломками структурных объектов.

Физики выдвинули недавно гипотезу, согласно которой звуковые волны могут переносить отрицательную массу.  Это значит, что крошечные частицы-фононы не падают на Землю, а медленно дрейфуют прочь от ее поверхности. Увы, современные приборы недостаточно чувствительны, чтобы провести эксперимент и подтвердить это предположение.