Schneller als das Licht! Unglaubliche Illusion macht Bilder "Zeitreise"
Verwenden eine seltsame Phänomen in der Lichtteilchen scheinen Geschwindigkeiten schneller als Licht zu reisen, haben Wissenschaftler gezeigt, dass Lichtwellen scheinen können, rückwärts in der Zeit reisen.
Das neue Experiment zeigt auch andere bizarre Effekte des Lichtes, wie z. B. Bildpaare bilden und vernichten einander.
Zusammengenommen, beweisen die Ergebnisse schließlich eine jahrhundertealte Vorhersage gemacht durch britische Wissenschaftler und Universalgelehrte Lord Rayleigh. Das Phänomen, genannt Zeitumkehr, können Forscher zu ultraschnellen Kameras zu entwickeln, um die Ecke spähen und durch Wände sehen kann. [In Bildern: die Welt 11 schönsten Gleichungen]
Backtracking Schallwellen
Lord Rayleigh-der geniale britische Physiker, entdeckte das Edelgas Argon und erklärt, warum der Himmel blau ist — auch machte eine bizarre Vorhersage über Schallwellen fast vor einem Jahrhundert. Rayleigh begründete, dass, da die Geschwindigkeit des Schalls ist fest, ein Objekt Reisen schneller als das spuckt aus Ton Schallwellen führen würde, die scheinen würde, zu Reisen in die entgegengesetzte Richtung des Objekts und damit scheinen in Zeitorientierung rückgängig gemacht werden. Zum Beispiel scheint ein Plattenspieler in einem Flugzeug reisen bei Mach 2 oder zweimal die Geschwindigkeit des Schalls, die Musik rückwärts abspielen.
Kein Wissenschaftler wirklich bezweifelt diese Vorstellung, aber es gab keinen einfachen Weg, es zu testen.
"Mit Sound, es ist etwas, das ist wirklich schwer zu überprüfen, und tatsächlich hören", sagte Co-Studienautor Daniele Faccio, ein Physiker an der Heriot-Watt University in Schottland.
Klang bewegt sich mit 761,2 mph (1.225 km/h), aber das bedeutet, dass einen 3-Sekunden-Clip rückwärts Musik zu hören, ein Überschall-Jet Reisen bei Mach 2 (oder zweimal die Geschwindigkeit des Schalls) beginnen würde Wiedergabe der Musik mehr als eine Meile von Standort des Zuhörers. Die Streuung und Absorption von Schallwellen in der Luft die Musik völlig unverständlich bis dahin machen würde, sagte Faccio.
Leichte Trendwende
Aber Faccio und seine Kollegen klar, dass wenn Rayleighs Vorhersagen zutraf, der gleiche Effekt in anderen Arten von Wellen, wie Lichtwellen auftreten würde. Licht bewegt sich viel, viel schneller als Ton, bei 670 Millionen km/h (1,1 Milliarden km/h). Und die Wellenlängen selbst sind winzig, was bedeutet, dass die Zeitumkehr in normaler Größe Zimmer nachgewiesen werden kann.
Die Forscher waren auch interessiert an dieser Idee zu studieren, weil sie ultraschnellen Kameras entwickelt wurden, die um die Ecke spähen könnten, und das Phänomen ihrer Algorithmen beeinflussen könnten.
Es gab nur ein Problem mit dem Testen Rayleighs-Vorhersage mit Licht: nichts kann schneller als die Lichtgeschwindigkeit reisen.
Um eine schneller als Licht-Quelle erstellen, verwendet das Team ein seltsames Phänomen, genannt Beleuchtung Fronten, die zuvor in einer Reihe von faszinierenden Gedankenexperimente beschrieben hatte.
Der Trick hinter Beleuchtung Fronten ist, dass während ein Bildes schneller als das Licht unterwegs sein kann, die Photonen selbst niemals Lichtgeschwindigkeit überschreiten.
Hier ist, wie die Beleuchtung Arbeit Fronten. Sich stellen Sie vor, ein Laser-Pointer und den Punkt über eine große und weit entfernten Wand streichen. Während die Photonen Reisen aus dem Laserpointer an der Wand in ihrem normalen Tempo unterwegs sind, weil das Licht auf die Wand in einem Winkel, der Punkt an der Wand (die Beleuchtung vorne) immer bewegt sich schneller als die trifft. [Science Fiction oder Tatsache? Die Plausibilität der 10 Sci-Fi-Konzepte]
Einfrieren von Photonen in der Luft
Als Nächstes musste das Team jedoch einen Weg finden, die schnelle Wege Bilder zu erfassen, wie sie über eine Wand gezoomt.
"Das zentrale Stück der Ausrüstung war die Kamera, die uns im wesentlichen Licht in Bewegung Einfrieren können", sagte Faccio Leben Wissenschaft. [Video: Licht fixieren]
Um die Zeitumkehr in der Tat zu ertappen, hat das Team eine Beleuchtung vorne durch eine einzelne Linie aus Licht auf einer Leinwand zu projizieren und die Linie über den Bildschirm schneller als die Lichtgeschwindigkeit bewegen. Zur gleichen Zeit eroberten sie das reflektierte Licht in Bewegung mit einem Multiplexverfahren Kamera. Die Kamera schnappte Fotos in wenigen Pikosekunden oder Trillionths einer Sekunde, während welcher Zeit Photonen ein paar Füße Reisen.
Sicher genug, erfasst die Kamera die Linie an der Wand bewegen in die entgegengesetzte Richtung aus der sie die Linie verschoben, als ob es rückwärts in der Zeit gereist war.
Selbst vernichtenden Zwillinge
In einem zweiten Experiment überprüft das Team einen noch bizarren Effekt, genannt paar Schöpfung und Vernichtung. (Robert Nemiroff, ein Physiker an der Michigan Technological University, vorausgesagt diesen Effekt für astronomische Objekte in einer Studie, die ins Internet gestellt im Mai 2015 in der Zeitschrift ArXiv Preprint.)
Faccio und seine Kollegen hatten eine Beleuchtung vorne Reise über ein Bogensieb. Da die Geschwindigkeit der projizierten Linien Lichtgeschwindigkeit überschritten, ein paar Linien entstand, und die beiden Zeilen verschoben Weg von einander. Verwenden eine andere Krümmung, die zwei Linien aufeinander zu bewegt, zusammengeführt und dann vernichtet, berichten die Forscher in der Fachzeitschrift Science fördert Freitag (15. April).
Die Ergebnisse könnten Auswirkungen für die Forscher-Ecke-peering-Kameras haben. Diese Art von "Supersight" erfordert Wissenschaftler die Pfade zu analysieren, die Partikel nehmen anzünden, wie sie hüpfen und von verschiedenen Objekten streuen. Normalerweise reist Licht so schnell, dass für das menschliche Auge das Licht, das von vielen verschiedenen Orten scheint augenblicklich erscheinen, was es unmöglich macht für das Auge zu lösen diese unterschiedlichen Schichtdicken und "sehen" hinter Ecken.
Aber weil Hochgeschwindigkeitskameras, das Licht in Bewegung zu erfassen, können Forscher die Form von Objekten, die möglicherweise nicht in der direkten Sichtlinie zu rekonstruieren. Jedoch sagte die mathematische Berechnung dieser Wege die Möglichkeit berücksichtigen, dass einige der die Lichtstrahlen sehen sie mal rückgängig gemacht, weil sie eine Beleuchtung Front kommen müssten, Faccio.
Die neuen Erkenntnisse gelten für jede Art von Welle, sagte Faccio. Zum Beispiel bestimmte Instanzen möglicherweise, wenn eine seismische Welle eine schräge Stück Felsen tief unter der Erdoberfläche prallt, auf Erdbeben-Aktivität in eine Richtung zeigen, wenn in der Tat die Temblor in die entgegengesetzte Richtung aufgetreten, sagte Faccio.
Das neue Papier hat auch einige andere interessanten Implikationen, sagte Nemiroff, wer nicht in der aktuellen Studie beteiligt war.
"Ich bin nicht sicher, dass entweder Lord Rayleigh noch [das Papier Autoren] bekannt war, dass Überschallknall Ton Beleuchtung-Front paar-Creation Events entsprechen," sagte Nemiroff Leben Wissenschaft in einer e-Mail. "Mit Licht sehen Sie zunächst einen Blitz bei ein paar Event wird erstellt, aber mit Sound, Sie einen Boom hören."
Folgen Sie Tia Ghose auf Twitter ein nd Google + . Folgen Sie Leben-Wissenschaft @livescience , Facebook & Google + .