Світло може відбиватися не тільки в просторі, але й у часі, й дослідники, які вивчають такі "часові відображення", знаходять безліч дивних і корисних ефектів. Науковці з Міського університету Нью-Йорка описали прорив.

Схем ретроградних подорожей у часі безліч, але зазвичай вони пов’язані з непримиренними парадоксами і спираються на дивовижні теоретичні конструкції на кшталт червоточин (яких насправді може й не існувати). Проте, коли мова йде про просте повернення часу назад — подібно до того, як ми перемішуємо яєчню і бачимо, що жовток і білок відокремлюються — багата і зростаюча підгалузь хвильової фізики показує, що таке "обернення часу" можливе.

Здавалося б, зворотний хід часу фундаментально суперечить одному з «найсвятіших» постулатів фізики — другому закону термодинаміки. Це те, що рухає стрілу часу в односторонньому напрямку. І хоча поки що не існує способу робити це у певних ретельно контрольованих сценаріях у відносно простих системах, дослідникам вдалося повернути час назад.

"Фокус полягає у створенні певного роду відображення. Спочатку уявіть собі звичайне просторове відображення, як те, що ви бачите у скляному дзеркалі з срібною підкладкою. Тут віддзеркалення відбувається тому, що для променя світла срібло є зовсім іншим середовищем передачі, ніж повітря; раптова зміна оптичних властивостей змушує світло відскакувати назад, як м’ячик для пінг-понгу, що б’ється об стіну", — пояснюють науковці.

А тепер уявіть, що замість того, щоб змінюватися в певних точках простору, оптичні властивості на всьому шляху променя різко змінюються в певний момент часу. Замість того, щоб відбиватися у просторі, світло буде відбиватися у часі, точно повторюючи свій шлях, як м’яч для пінг-понгу, що повертається до гравця, який влучив у нього востаннє. Це і є "віддзеркалення часу".

Для цього фізик Андреа Алу та його колеги розробили «метаматеріал» з регульованими оптичними властивостями, які вони можуть змінювати в межах часток наносекунди, щоб зменшити вдвічі або подвоїти швидкість проходження світла крізь нього. Властивості метаматеріалів визначаються їхньою структурою: багато з них складаються з масивів мікроскопічних стрижнів або кілець, які можна налаштувати так, щоб вони взаємодіяли зі світлом і маніпулювали ним так, як жоден природний матеріал не може. За словами Алу, застосування їхньої сили для відображення часу виявило деякі несподіванки.

"Тепер ми розуміємо, що (часові відображення) можуть бути значно "багатшими", ніж ми думали, завдяки тому, як ми їх реалізуємо", — додає вчений.

Такі структурні властивості також зустрічаються в природі, наприклад, у променистому переливанні крила метелика. Однак, продовжуючи справу природи, дослідники метаматеріалів розробили структури, які можуть робити об’єкти невидимими, а їхнє застосування варіюється від покращення антен і захисту від землетрусів до створення комп’ютерів, що працюють на основі світла. Зараз науковці обмінюють просторові виміри цих структурних особливостей на часові.

"Ми розробляємо метаматеріали, щоб робити незвичайні речі, і це одна з таких незвичайних речей", — каже Надер Енгета, професор Пенсильванського університету і піонер у галузі фізики хвиль, модульованих метаматеріалами.

Повністю дослідження опубліковано на сайті scientificamerican.com.