فیزیکدانان یک “آنتی لیزر” ساخته‌اند تا تلفن شما را از سرتاسر اتاق شارژ کند
تصویری از قوسهای الکتریکی تولید شده با یک سیم پیچ تسلا را نشان می‌دهد، با گسیل انرژی در فضای باز که قادر نیست تلفن شما را به طور موثر شارژ کند.
دانشمندان به واسطه دستگاهی علمی تخیلی که آن را آنتی لیزر می‌نامند، راهی برای تابش کامل پرتو انرژی در اتاق، کشف کرده‌اند.
ایده ساده‌ای است؛ درست مانند لیزر، ذرات نوری یا فوتون ها پشت سر هم در یک ردیف منظم گسیل می‌شود، یک آنتی‌لیزر نیز با ترتیب معکوس فوتون‌های گسیل‌شده را یکی پس از دیگری جذب می‌کند. مدت‌هاست محققان حدس می‌زنند که چنین دستگاهی می‌تواند سیم‌ها و کابل‌های شارژ را حذف کند و اجازه ارسال انرژی به لپ تاپ یا تلفن همراه را در تمام نقاط یک اتاق، به صورت نامریی دهد. به‌این ترتیب وسایل بدون اتصال به برق شارژ می‌شوند. اگرچه آنتی لیزرهای اولیه قبلاً آزمایش شده‌اند، به این صورت که در آزمایشگاه لیزر به یک گیرنده ثابت تابیده می‌شود اما در دنیای واقعی همه چیز مانند شرایط آزمایشگاهی منظم و باقاعده نیست. وسایل الکترونیکی ثابت نیستند و جابه‌جا می‌شوند، اشیا مانع می‌شوند، دیوارها انرژی را به روش‌های غیر منتظره بازتاب می‌کنند. آنتی‌لیزر جدید نشان داده شده در این آزمایش تمام این موارد را شامل می‌شود و انرژی پراکنده ای را که به مناطق مختلف یک فضا تابانده می‌شود را با الگویی غیرقابل پیش بینی دریافت می‌کند (میزان 99.996٪ از انرژی ارسالی را دریافت می‌کند).
اصطلاحی که آنها به کار می‌برند، جذب همدوس کامل[1] است. جذب همدوس کامل از یک دستگاه برای ارسال توان به سرتاسر اتاق و از آنتی لیزر، برای جذب مجدد آن استفاده می‌کند. محققان بر اساس آزمایشات جذب همدوس کامل قبلی مقاله ای در 17 نوامبر مجله Nature Communications منتشر کردند که هیجان انگیز بود اما محدودیت جدی داشت: جهت زمان. این آزمایشات فقط در شرایطی کار می‌کردند که زمان می‌توانست به راحتی به عقب و جلو برود که در زندگی روزمره ما به‌ندرت وجود دارد.
ساده‌ترین مدل چیدمان آنتی‌لیزر، شامل لیزر نشانگر است که فوتون‌ها را یکی پس از دیگری به گیرنده‌ای شلیک می‌کند که آنها را دریافت می‌کند. فرض کنید ویدئویی از عملکرد دستگاه دارید، چنانچه نوار عملکرد دستگاه را به عقب پخش کنید، این حالت اساساً با حالتی که نوار به سمت جلو می‌رود یکسان است؛ فوتون از یک دستگاه خارج می‌شود، در فضا حرکت می‌کند و وارد دستگاه دیگر می شود. گفته می‌شود تنظیماتی از این دست دارای تقارن زمان بازگشتی[2] هستند. تقارن معکوس زمان فقط در سیستم‌های بدون آنتروپی زیاد یا با گرایش ذاتی سیستم‌ها به سمت بی‌نظمی، ظاهر می‌شود.
تاکنون، حتی پیچیده‌ترین آزمایش های جذب همدوس کامل دارای تقارن بازگشتی زمان بوده‌اند. برخی از آنها پیچیده‌تر از لیزر نشانگر هستند که هدف آنها یک گیرنده است. اما حتی پروژه‌های پیچیده نیز تقارن دارند و چیدمان آنها به گونه‌ای است که روند بازگشتی شود.
در اینجا مثالی از چگونگی تقارن زمان بازگشتی برای یک رویداد پیچیده آورده شده است: نوار ویدئویی یک علاقه‌مند به باز‌های سرگرم‌کننده را تصور کنید که قطعات لگو را از یک بسته بسیار منظم برداشته و از آنها برای ساخت یک برج ایفل استفاده می‌کند. نتیجه کار پیچیده به نظر می‌رسد، اما نوار ضبط می‌کند که هر قطعه به کجا رفته است، بنابراین پخش نوار به عقب نشان می‌دهد که آن فرد قطعات را جدا می‌کند و دوباره آنها را بسیار منظم می‌کند.
اما برای این کار جدید، محققان با استفاده از میدان‌های مغناطیسی فوتون‌ها را با شدت بسیار زیادی تکان دادند، در نتیجه تقارن زمان بازگشتی از بین رفت. فرآیند انتقال توان (شلیک فوتون‌ها) مانند هم زدن سوپ بود: به سمت عقب کار نمی‌کند (تصور کنید که سعی کنید سوپ را هم بزنید) اما دستگاه همچنان توان را دریافت می‌کند.
محققان در مقاله خود نوشتند: “این ثابت می‌کند که مفهوم جذب کامل همدوس بسیار فراتر از تصور اولیه در مورد آن به عنوان لیزر زمان بازگشتی است”، هم‌چنین پیشنهاد می‌کنند که ممکن است این موضوع روزی در دنیای واقعی کاربردهای عملی داشته باشد. دلیل این امر آن است که دنیای واقعی به اندازه یک تجربه آزمایشگاهی قابل برگشت نیست و غیرقابل پیش‌بینی است و در دراز مدت هرگز قابل برگشت نیست. برای اینکه جذب کامل همدوس در چنین شرایط چالش برانگیزی کار کند، باید بتواند با آن کنار بیاید.
محققان جذب کامل همدوس زمان غیربازگشتی را در دو چیدمان آزمایشی، در هر دو با استفاده از انرژی مایکروویو به دست آوردند. اولین آنها لابیرنت[3] سیم‌هایی بود که فوتون‌ها برای رسیدن به گیرنده باید آن از آن عبور می‌کردند. مورد دوم یک کاواک برنجی کوچک و نامنظم بود که یک گیرنده در وسط آن قرار داشت، فوتون‌ها پس از پراکندگی و عبور از فضای باز کاواک به آن رسیدند.
برای دستیابی به این مسئله، محققان امواج مایکروویو با ویژگی‌های مختلفی را گسیل دادند و آزمایش کردند که کدام ترکیب از فرکانس‌ها، دامنه ها و فازها (سه ویژگی هر موج الکترومغناطیسی) با احتمال بیشتری بر گیرنده سوار شده و جذب می‌شود (حتی پس از عبور از میدان‌های مغناطیسی و لابیرنت یا فضای باز نامنظم). در هر حالت، آنها کوک ایده‌آل مایکروویو گسیلی را که باعث جذب بیشتر مایکروویوها می‌شود (99.999٪ در لابیرنت، 99.996٪ در فضای باز) تعیین کردند. در کاربردهای دنیای واقعی (مانند اتاق نشیمن شما)، گسیل‌کننده فرکانس‌ها، تقویت‌کننده‌ها و فازهای مختلف آزمایش می‌شود تا فوتون‌ها را به گیرنده خود منتقل کند.
این فناوری سه کاربرد بالقوه بزرگ دارد. براساس نوشته‌های محققین، اولین آنها، انتقال انرژی بی سیم در فواصل دور است (خداحافظی با اتصال سیم به لپ تاپ). دیگری دستگاه سنجشی است که می‌تواند تغییرات نامحسوس را در هر اتاقی که فوتون‌ها پراکنده هستند، تشخیص دهد (تصور کنید یک دوربین امنیتی است که می تواند احساس کند یک متجاوز در داخل یک اتاق حرکت می‌کند).
سومین آنها، سیستم پیام‌رسانی است که می‌تواند اطلاعات را به‌صورت ایمن به یک گیرنده مخفی منتقل کند. سیگنال‌های ارسالی از طریق جذب کامل همدوس می‌توانند از اعداد کوک در حال تغییر به عنوان نوعی رمز عبور برای رمزگذاری داده‌ها استفاده کنند. فقط گیرنده یا کسی که رفتار دقیق گیرنده را لحظه به لحظه می‌داند، می‌تواند پیام را رمزگشایی کند.
برای استفاده از چنین ایده‌ای در دنیای واقعی هنوز راه زیادی باقی است. اما طبق نظر محققان این آزمایش نشان می‌دهد که حداقل آنها امکان‌پذیر هستند.
Reference:
https://www.nature.com/articles/s41467-020-19645-5
Source: https://www.livescience.com/anti-laser-wireless-charging.html
[1] Coherent Perfect Absorption: CPA
[2] Time-reversal symmetry
[3] جسمی که دارای راه‌ها و حفره‌های پیچ در پیچ است