开创性实验观测到电磁波时间反射

(a) 常规空间反射：一个人在照镜子时看到自己的脸，或者在说话时回声以相同的顺序返回。(b) 时间倒影：人在照镜子时看到自己的背影，他们看到的自己是不同的颜色。他们以相反的顺序听到自己的回声，类似于倒带。(c) 用于实现时间反射的实验平台示意图。控制信号（绿色）用于统一激活沿金属带状线分布的一组开关。在关闭/打开开关时，这种特制超材料的电磁阻抗会突然降低/升高，导致宽带前向传播信号（蓝色）部分时间反射（红色），所有频率都被转换。图片来源：《自然·物理学》

科技日报记者 张佳欣

60多年来，科学家们一直假设有可能观测到一种不同形式的波反射，即所谓的时间反射。据最新一期《自然·物理学》杂志报道，美国纽约市立大学高级科学研究中心研究人员已将“时间反射”理论付诸实践，观察到电磁信号在定制的超材料中的时间反射，为其在整个电磁波段的操纵提供了第一个实验证据。

当人们照镜子时，反射图像是从镜面反射的电磁光波产生的，这是一种被称为空间反射的现象。同样，声波的空间反射形成回声。此前，科学家们从未在电磁波中观察到时间反射现象。原因是，材料的光学性质不能以引起时间反射的速度和幅度轻易改变。

这一突破性实验导致在超材料中传输的相当大一部分宽带信号瞬间被时间反转和频率转换。这种效应形成了一种奇怪的回声，信号的最后一部分首先被反射。

研究人员表示：“如果你看着一面时间镜子，你的倒影就会翻转，你会看到你的背影，而不是你的脸。在这一观察的声学版本中，你会听到类似于倒带时发出的声音。”

研究人员还证明，由于宽带频率转换，时间反射信号的持续时间被延长。因此，如果眼睛可看到这些光信号，它们的所有颜色都会突然变化，这样红色就会变成绿色，橙色会变成蓝色，黄色会变成紫色。

为了实现突破，研究人员使用了工程超材料。他们将宽带信号注入一条大约6米长的蜿蜒金属条中，印在一块板上，上面装载着连接到蓄电池电容器的密集电子开关阵列。然后，所有的开关同时被触发，沿线的阻抗突然一致加倍。电磁特性的这种快速而巨大的变化产生了一个时间界面，测量信号携带了输入信号的时间反转副本。

该实验证明了可实现时间接口，并产生高效的宽带电磁波的时间反转和频率变换。这一成果可为无线通信应用以及小型、低能耗、基于波的计算机开发铺平了道路。