Η ιδέα είναι απλή: Ακριβώς όπως ένα λέιζερ εκπέμπει ελαφριά σωματίδια, ή φωτόνια, το ένα μετά το άλλο σε μια τακτοποιημένη και ομαλή σειρά, ένα αντι-λέιζερ απορροφά τα φωτόνια το ένα μετά το άλλο σε αντίστροφη σειρά.
Οι ερευνητές έχουν από καιρό υποθέσει ότι μια τέτοια συσκευή μπορεί να κάνει καλώδια και καλώδια φόρτισης παρελθόν, επιτρέποντας στους ανθρώπους να μεταδίδουν ενέργεια αόρατα σε ένα δωμάτιο σε φορητό υπολογιστή ή τηλέφωνο και να το τροφοδοτούν χωρίς να το συνδέουν. Αλλά αν και τα βασικά αντι-λέιζερ έχουν έχει δοκιμαστεί στο παρελθόν, ο πραγματικός κόσμος δεν είναι τόσο τακτοποιημένος και ομαλός όσο ένα λέιζερ που δείχνει σε έναν σταθερό δέκτη σε ένα εργαστήριο. Τα ηλεκτρονικά κινούνται, τα αντικείμενα παρεμποδίζουν, οι τοίχοι αντανακλούν την ενέργεια με απροσδόκητους τρόπους. Το νέο αντι-λέιζερ που αποδεικνύεται σε αυτό το πείραμα αντιστοιχεί σε όλα αυτά, και δέχεται διασκορπισμένη ενέργεια που ακτινοβολείται γύρω από ένα χώρο σε απρόβλεπτο μοτίβο – εξακολουθεί να λαμβάνει το 99,996% της απεσταλμένης ισχύος.
Ο επίσημος όρος για τη μέθοδο που χρησιμοποίησαν είναι “συνεκτική τέλεια απορρόφηση” (CPA). Το CPA χρησιμοποιεί ένα μηχάνημα για να στείλει ισχύ σε ολόκληρο το δωμάτιο και ένα άλλο (το “anti-laser”) για να το απορροφήσει. Τα προηγούμενα πειράματα CPA, έγραψαν οι ερευνητές σε μια δημοσίευση που δημοσιεύθηκε στις 17 Νοεμβρίου στο περιοδικό Nature Communications, ήταν συναρπαστικά αλλά είχαν έναν θεμελιώδη περιορισμό: την κατεύθυνση του χρόνου. Τα πειράματα λειτούργησαν μόνο σε καταστάσεις όπου ο χρόνος μπορούσε να ρέει τόσο εύκολα προς τα πίσω όσο προς τα εμπρός, οι οποίες σπάνια υπάρχουν στην καθημερινή μας ζωή.
Το απλούστερο μοντέλο μιας ρύθμισης αντι-λέιζερ, που περιλαμβάνει έναν δείκτη λέιζερ που πυροβολεί φωτόνια το ένα μετά το άλλο σε έναν δέκτη που τους ταλαντεύεται, θα μοιάζει ουσιαστικά το ίδιο αν παίζατε μια ταινία της δράσης του προς τα εμπρός ή προς τα πίσω: Το Photon αναδύεται από μία συσκευή , ταξιδεύει στο διάστημα και εισέρχεται στην άλλη συσκευή. Συσκευές όπως αυτή, από φυσικής άποψης, λέγεται ότι έχουν «συμμετρία χρονικής αντιστροφής». Η συμμετρία αντιστροφής χρόνου εμφανίζεται μόνο σε συστήματα χωρίς πολύ εντροπία ή στην εγγενή τάση των συστημάτων να καταλήγουν σε διαταραχή.
Μέχρι τώρα, ακόμη και τα πιο πολύπλοκα πειράματα CPA είχαν συμμετρία αντιστροφής χρόνου. Μερικά ήταν πιο περίπλοκα από το δείκτη λέιζερ που απευθύνεται σε έναν δέκτη. Αλλά ακόμη και περίπλοκα έργα έχουν αυτή τη συμμετρία εάν έχουν ρυθμιστεί έτσι ώστε η διαδικασία να μπορεί να αντιστραφεί.
(Ακολουθεί ένα παράδειγμα για το πώς ένα περίπλοκο συμβάν μπορεί να είναι συμμετρική αντιστροφή χρόνου: Φανταστείτε μια βιντεοκασέτα ενός χόμπι να μαζεύει κομμάτια Lego από μια καλά οργανωμένη θήκη και να τα χρησιμοποιεί για να χτίσει ένα μοντέλο Πύργος του Άιφελ. Το αποτέλεσμα θα φαίνεται περίπλοκο, αλλά η ταινία θα καταγράψτε πού είχε πάει κάθε κομμάτι, οπότε παίζοντας την κασέτα προς τα πίσω θα έδειχνε απλώς στον χομπίστα να χωρίζει τα κομμάτια και να τα οργανώνει ξανά.)
Αλλά για αυτό το νέο έργο, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μαγνητικά πεδία για να φουσκώσουν τα φωτόνια τόσο επιθετικά που χάθηκε η συμμετρία αντιστροφής χρόνου. Η διαδικασία μεταφοράς ισχύος – πυροβολώντας τα φωτόνια – ήταν σαν ανάδευση σούπας: Δεν λειτουργεί πίσω. (Φανταστείτε να προσπαθείτε να ανακατεύετε τη σούπα.) Αλλά η συσκευή εξακολουθεί να λαμβάνει τη δύναμη.
Αυτό “αποδεικνύει ότι η έννοια του CPA υπερβαίνει κατά πολύ την αρχική σύλληψή της ως” λέιζερ αντίστροφης χρόνου “, έγραψαν οι ερευνητές στην εφημερίδα τους, υποδηλώνοντας ότι μπορεί κάποια μέρα να έχει πρακτικές εφαρμογές στον πραγματικό κόσμο. Αυτό συμβαίνει επειδή ο πραγματικός κόσμος δεν είναι τόσο τακτοποιημένος όσο ένα εργαστηριακό πείραμα με αναστρέψιμο χρόνο. Είναι ακατάστατο και απρόβλεπτο, και δεν είναι ποτέ αναστρέψιμο χρόνου μακροπρόθεσμα. Για να λειτουργεί το CPA σε αυτές τις δύσκολες συνθήκες, πρέπει να είναι σε θέση να το αντιμετωπίσει.
Οι ερευνητές απέρριψαν αυτό το μη αντιστρεπτό CPA σε δύο πειραματικές ρυθμίσεις, και οι δύο χρησιμοποιώντας ενέργεια μικροκυμάτων. Ο πρώτος ήταν ένας «λαβύρινθος» καλωδίων που έπρεπε να πλοηγηθούν τα φωτόνια για να φτάσουν σε έναν δέκτη. Το δεύτερο ήταν μια μικρή, ακανόνιστη «κοιλότητα ορείχαλκου» με έναν δέκτη στη μέση, στον οποίο έφτασαν τα φωτόνια μετά τη διασπορά και τη διέλευση του ανοιχτού χώρου στην κοιλότητα.
Για να το ξεπεράσουν, οι ερευνητές εκπέμπουν μικροκύματα διαφορετικών ιδιοτήτων και δοκίμασαν ποιος συνδυασμός συχνοτήτων, πλάτους και φάσεων (τρία χαρακτηριστικά οποιουδήποτε ηλεκτρομαγνητικού κύματος) ήταν πιο πιθανό να προσγειωθεί στον δέκτη και να απορροφηθεί – ακόμα και αφού περάσει από τα μαγνητικά πεδία και το λαβύρινθο ή τον ακανόνιστο ανοιχτό χώρο. Σε κάθε περίπτωση, καθόρισαν έναν ιδανικό «συντονισμό» του πομπού μικροκυμάτων που προκάλεσε την απορρόφηση των περισσότερων μικροκυμάτων (99,999% στο λαβύρινθο, 99,996% στον ανοιχτό χώρο). Σε εφαρμογές πραγματικού κόσμου (όπως το σαλόνι σας), ο πομπός θα δοκιμάσει και θα δοκιμάσει τις διαφορετικές συχνότητες, πλάτη και φάσεις για τη μεταφορά φωτονίων στον δέκτη του.
Υπάρχουν τρεις μεγάλες πιθανές εφαρμογές αυτής της τεχνολογίας. Το πρώτο είναι η ασύρματη μεταφορά ενέργειας από απόσταση, έγραψαν οι ερευνητές. (Αντίο στη σύνδεση του φορητού υπολογιστή σας.) Μια άλλη είναι μια συσκευή ανίχνευσης που θα μπορούσε να εντοπίσει λεπτές αλλαγές σε οποιοδήποτε δωμάτιο όπου τα φωτόνια είναι διάσπαρτα. (Φανταστείτε μια κάμερα ασφαλείας που μπορεί να αισθανθεί έναν εισβολέα να κινείται μέσα από ένα δωμάτιο.)
Το τρίτο είναι ένα σύστημα ανταλλαγής μηνυμάτων που θα μπορούσε να μεταφέρει με ασφάλεια πληροφορίες σε έναν κρυφό δέκτη. Τα σήματα που αποστέλλονται μέσω CPA θα μπορούσαν να χρησιμοποιούν τους συνεχώς μεταβαλλόμενους αριθμούς συντονισμού ως είδος κωδικού πρόσβασης για την κρυπτογράφηση δεδομένων. Μόνο ο δέκτης ή κάποιος που γνώριζε την ακριβή συμπεριφορά του παραλήπτη από στιγμή σε στιγμή θα μπορούσε να αποκρυπτογραφήσει το μήνυμα.
Οποιαδήποτε τέτοια πραγματική χρήση εξακολουθεί να απέχει πολύ. Αλλά αυτό το πείραμα δείχνει ότι είναι τουλάχιστον δυνατό, έγραψαν οι ερευνητές.