反激光”功能為(wei) 手機充電？

圖片是一項特斯拉線圈產(chan) 生電弧的早期試驗，它能在開闊的空間內(nei) 發射能量，不幸的是其無法有效地為(wei) 手機充電。

（圖片：Airarcs / CC BY-SA 3.0）

科學家們(men) 找到了一種在任何空間內(nei) 完美發射能量的方法，這要歸功於(yu) 他們(men) 稱之為(wei) “反激光”的科幻裝置。

這個(ge) 想法很簡單：就像激光以整齊有序的方式發射光粒子或光子一樣，反激光以相反的順序一個(ge) 接一個(ge) 地吸收光子。長期以來，研究人員一直猜測，這樣的設備可能會(hui) 使電線和充電電纜成為(wei) 曆史，讓人們(men) 可以在不插電源的情況下，通過空間將能量傳(chuan) 輸到筆記本電腦或手機上，並為(wei) 其供電。但是，盡管之前已經測試了基本的反激光，但現實世界並不像激光瞄準實驗室固定接收器那樣整齊有序。電子設備四處移動，物體(ti) 進入障礙物，牆壁以意想不到的方式反射能量。實驗中展示的新型抗激光技術可以解釋所有這些情況，它接收以不可預測的模式在空間周圍發射的散射能量,仍然可以接收99.996%的發射功率。

他們(men) 使用方法的正式術語是“相幹完美吸收”（CPA）。 “相幹完美吸收”用一台機器在空間內(nei) 傳(chuan) 送電源，而另一台（“反激光”）會(hui) 將其吸回。研究人員在11月17日發表在《自然通訊》上的一篇論文中寫(xie) 道，過去的“相幹完美吸收”實驗令人興(xing) 奮，但有一個(ge) 基本限製：時間方向。這些實驗僅(jin) 在時間可以像消逝一樣容易倒流的情況下起作用，而這種情況在我們(men) 的日常生活中很少存在。

反激光裝置最簡單的模型是，激光筆將光子一個(ge) 接一個(ge) 地發射到接收器中，使其將光子吞噬，無論你快進還是倒退播放其動作磁帶，圖像看起來都基本相同：光子從(cong) 一個(ge) 裝置中彈出，穿越太空，進入另一個(ge) 裝置。物理學術語中，這樣的設置被稱為(wei) 具有“時間反轉對稱性”。時間反轉對稱性隻出現在沒有太多熵的係統中，或者係統陷入無序的固有傾(qing) 向中。

到目前為(wei) 止，即使是最複雜的“相幹完美吸收”實驗也有時間反轉對稱性。有些實驗比激光筆瞄準接收器還要複雜。但是，即使是複雜的項目，也可以將其設置為(wei) 逆轉過程，使其具有時間反轉對稱性。

（下麵是一個(ge) 複雜事件如何成為(wei) 時間反轉對稱性的示例：想象一下有卷磁帶，記錄一個(ge) 業(ye) 餘(yu) 愛好者從(cong) 整齊有序的箱子中撿起樂(le) 高積木，用它們(men) 來建造一個(ge) 埃菲爾鐵塔模型。結果看起來可能很複雜，但是磁帶會(hui) 記錄每一塊積木的去向，所以倒放磁帶就會(hui) 看到業(ye) 餘(yu) 愛好者將這些積木拆開並重新組裝。）

但在這項新的研究中，研究人員利用磁場強烈地撞擊光子，以使其喪(sang) 失時間反轉對稱性。傳(chuan) 遞能量的過程中發射光子就像攪拌湯一樣：它無法逆向工作。（想像一下不去攪拌湯）但是設備仍然可以通電。

研究人員在論文中寫(xie) 道，這“證明了‘相幹完美吸收’遠遠超出了其最初作為(wei) ‘時間反轉激光器’的概念，這暗示著它有一天可能會(hui) 在現實世界中得到實際應用。這是因為(wei) 現實世界不像做時間可逆實驗的實驗室那麽(me) 整潔，而是混亂(luan) 且不可預測的，而且從(cong) 長遠來看永遠也不會(hui) 如此。為(wei) 了使“相幹完美吸收”能夠在那些極具挑戰的條件下工作，它必須要能夠應對。

研究人員在兩(liang) 個(ge) 實驗裝置中都使用了微波能，從(cong) 而實現了這種非時間反轉“相幹完美吸收”。第一個(ge) 是光子必須導航才能到達接收器的“迷宮”電線。第二個(ge) 是一個(ge) 小的，不規則的“黃銅腔”，中間有一個(ge) 接收器，光子在散射並穿過空腔後到達。

為(wei) 了實現這一目標，研究人員發射了不同特性的微波，並測試了哪種頻率、振幅和相位的組合（任何電磁波的三種特征）即使是在穿過磁場、迷宮或不規則的開闊空間之後，最有可能落在接收器上並被吸收。在每一種情況下，他們(men) 都確定了一個(ge) 理想的微波發射器“調諧”，使大部分微波被吸收（迷宮中為(wei) 99.999％，開闊空間中為(wei) 99.996％）。在實際應用中（例如你的客廳），發射器會(hui) 測試並重新測試不同的頻率、振幅和相位，以便將光子傳(chuan) 輸到接收器。

該技術有三個(ge) 主要的潛在應用。研究人員寫(xie) 道，第一種是遠距離無線能量傳(chuan) 輸。 （向插入式筆記本電腦說再見）另一種是傳(chuan) 感設備，可以檢測光子散射在任何空間的細微變化。 （想象一下，一個(ge) 監控攝像頭可以感覺到入侵者在空間中移動。）

第三種是消息傳(chuan) 遞係統，它可以安全地將信息傳(chuan) 輸到隱藏的接收者，通過“相幹完美吸收”技術發送的信號可以使用不斷變化的調諧數字作為(wei) 某種密碼來加密數據。隻有接收方或知道接收方確切行為(wei) 的人才能解密該消息。

這樣的技術進入到我們(men) 的現實生活還需要很長的一段時間。但研究人員寫(xie) 道，這項實驗表明，它們(men) 存在可行性。