Making the passage of time invisible (and the illusion of a Star Trek transporter)
While a range of ingenious man-made materials bring us ever closer to realising the possibility of cloaking objects from visible light, research from Imperial College London is now taking invisibility into the fourth dimension - time - creating the groundbreaking potential to hide whole events.
The laws of physics might make the creation of a transporter which can dematerialise objects and then rematerialise them elsewhere a little beyond us, but it is now being suggested that an object could move from one region of space to another, completely unseen by anyone watching.
Research published today, Tuesday 16 November 2010, in IOP Publishing's Journal of Optics, explains how the propagation of light can be manipulated to create a 'temporal void', allowing undetectable moments of invisibility.
As lead author, Professor Martin McCall from the Department of Physics at Imperial College London, explains, "Our spacetime 'event' cloak works by dividing illuminating light into a leading part which is sped up and passes before an event, and a trailing part which is slowed down and passes after. Light is then stitched back together seamlessly, so as to leave observers in ignorance."
Graduate student Alberto Favaro explains further, "It is unlike ordinary cloaking devices because it does not attempt to divert light around an object. Instead it pulls apart the light rays in time, as if opening a theatre curtain - creating a temporary corridor through which energy, information, and matter can be manipulated or transported undetected."
Researcher Dr Paul Kinsler is enthusiastic about their proof of concept design which uses customised versions of optical fibres already used in telecommunications to achieve the feat.
The team is confident that their findings will initiate a race to create a practical spacetime cloak.
Professor Martin McCall continues, "We have shown that by manipulating the way the light illuminating an event reaches the viewer, it is possible to hide the passage of time. Not only can specific events be obscured, but it is possible for me to be watching you and for you to suddenly disappear and reappear in a different location."
As well as making a safe-cracking thief's dreams come true, the optical breakthrough promises exciting advances in quantum computing, which depends on the manipulation of light for the safe transmission of vast amounts of data.
Besides the science-fiction capabilities of the event cloak, signal-processing applications will play a key role in driving research forward on this topic.
Предложен пространственно-временной плащ-невидимка 16 ноября 2010
Новое гипотетическое устройство влияет на поток света таким образом, что в нём появляется временной туннель – промежуток времени, внутри которого могут происходить события, не детектируемые наблюдателем (иллюстрация с сайта physicsworld.com).
Такое устройство способно редактировать историю объекта с точки зрения внешнего наблюдателя. Теорию его действия обосновали Мартин Макколл (Martin McCall) и его коллеги из Имперского колледжа Лондона (Imperial College London) и университета Солфорда (University of Salford).
Пространственно-временной плащ (spacetime cloak — STC) словно вырезает кусочки из истории объекта и склеивает их заново. В теории, вооружённый STC вор может зайти в комнату и вскрыть сейф, в то время как на записи с камеры наблюдения будет всё время видна лишь пустая комната (манипуляцию с самой записью мы не рассматриваем).
Состоять такое устройство должно из прозрачных стенок. Одна в нужный момент времени начинает тормозить проходящий свет, а вторая — ускорять. В потоке лучей образуется проход, внутри которого объект может совершить те или иные действия. После его ухода отстающие лучи ускоряются так, что догоняют передний фронт и точно сливаются с ним. Для стороннего наблюдателя создаётся иллюзия, будто поток света никогда не прерывался.
STC для человека вряд ли реален, и вообще растягивание STC до размеров комнаты и на большое время – за пределами возможности технологий. Но для микрочастиц и быстротекущих процессов создать его можно.
Как пишет Nature, Макколл надеется в следующем году построить STC размером в 30 сантиметров, который мог бы скрывать от наблюдателя события длительностью в несколько наносекунд (иллюстрация с сайта dailymail.co.uk).
Авторы приводят такую аналогию. Если пешеход намерен перейти дорогу, поток машин тормозит, а после того как человек прошёл, ускоряется, догоняя те, что успели уехать вперёд. Если наблюдатель стоит "ниже по течению", то, судя лишь по движению легковушек, он никогда не узнает, что пешеход переходил дорогу. Аналогично самый простой способ скрыть действия "вора" — выключить свет. Но тогда сторонний наблюдатель заметит период темноты. А STC способен представить дело так, будто события вовсе не происходило.
В плане реализуемости STC авторы указывают на многочисленные успехи так называемых плащей-невидимок — метаматериалов, скрывающих объекты в различных диапазонах волн. Только если обычные "плащи" влияют на преломление и отражение лучей, то STC — лишь на их скорость, оставляя направление распространения без изменения. (Детали работы можно найти в статье в Journal of Optics.)
Учёные поясняют, что в поиске STC идти нужно в направлении нелинейной оптики. Например, с её помощью можно попробовать применить пространственно-временной плащ в системах передачи и обработки данных. Так можно было бы реализовать "прерывание без прерывания" — переключение процессора на работу с другим каналом, в то время как поток данных по первому каналу для наблюдателя будет выглядеть непотревоженным.
