著名物理实验的新旋转表明光会干扰其自身的过去:

1801 年,英国科学家托马斯·杨 (Thomas Young) 进行了一项载入物理学史册的“双缝”实验:通过让光穿过材料中的两个狭缝,他证明光的行为就像波一样,只同时走不同的路径一旦它们重新组合,就会以可预测的方式进行干扰。

自那个开创性的时刻以来,该实验一直在重复进行,以证明电磁辐射显示出波状和粒子状行为。换句话说,光可以像滚下斜坡的弹珠和池塘中的涟漪,这取决于它们的测量方式。

不仅仅是光子以这种方式起作用。科学家们已经使用类似的设置来展示电子、中子和整个原子以相同的方式表现,从而确立了量子物理学的核心原则作为一种基于概率的理论。

现在,科学家们已经用现代方法重建了 Young 的实验捻。他们没有使用空间上分开的一对狭缝,而是使用了“时间狭缝”cre通过快速调整材料的反射率,测试光波干扰其自身过去和未来的能力。

“我们的实验揭示了更多关于光的基本性质,同时作为英国伦敦帝国理工学院的物理学家 Riccardo Sapienza 说:“这是创造可以在空间和时间上精确控制光的终极材料的垫脚石。”

Sapienza 和他的同事使用了一层薄薄的氧化铟锡,一种用于智能手机屏幕的材料。激光脉冲改变了它的反射率,创造了两个不同的周期,可以测量光照射到材料上的时间,提供了不同的时间路径,其中单波光可以干扰自身。

这些时间差异改变了光照射到材料上时的频率,不同波之间的干涉产生了不同的颜色而不是亮度差异。科学家们研究了这种干涉图案,使对光波状行为的观察。

时间狭缝实验实验设置。 (Thomas Angus/伦敦帝国理工学院)

“双时间狭缝实验为能够解析光脉冲时间结构的全新光谱学打开了大门,”伦敦帝国理工学院的物理学家 John Pendry 说。

有趣的是,狭缝打开的速度比科学家预期的要快得多——在 1 到 10 飞秒(千万亿分之一秒)之间。实验超出了理论模型表明该模型的一部分需要 r想法:材料不一定完全按照科学家认为的方式与光相互作用(例如,当强度或速度发生变化时)。

拥有这样的材料,可以改变它对光的反应方式在绝对微小的时间尺度上,可能有助于开发新技术和深入挖掘量子物理学的奥秘。

它也将在最大规模的现象研究中有用,例如黑洞。接下来,该团队希望在另一种材料(原子晶体)上尝试他们的“时间扭曲”,其中原子处于严格的模式中——这可能会导致电子学的快速改进。

“时间晶体的概念伦敦帝国理工学院的物理学家 Stefan Maier 说:“有可能导致超快的并行光开关。”

这项研究已发表在《自然物理学》上。

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