Звернений у часі звук прицільно збив LEGO-чоловічків

Американські фізики вигадали і виготовили гру, в якій потрібно збивати LEGO-фігурки супротивника за допомогою точкового фокусування звернених у часі акустичних хвиль. Для звернення хвиль вони записували їх профіль розповсюдження, після чого повторювали в інвертованому порядку. Докладніше про гру і про фізику, що лежить в її основі, один з авторів розповів на 181 зборах Американського акустичного товариства, про роботу йдеться в повідомленні ASA.

Якщо кинути у воду камінь, то по її поверхні побіжать кола, що розходяться. Відносити та розсіювати енергію від точкового джерела в простір — це загальна властивість усіх хвиль, не тільки поверхневих. Цей процес оборотний фокусування, коли якимось чином хвилі зводяться назад у крапку. Хрестоматійним прикладом фокусування хвиль стали лінзи, що збирають. У найпростішому випадку вони перенаправляють світло, звук або хвилі матерії з деякої ділянки хвильового фронту в точку простору, що визначається їхньою фокусною відстанню. Крім того, що лінзи можуть сфокусувати не все випромінювання, до їх недоліків можна віднести відсутність когерентності у фокусі.

Іншим способом фокусування стало звернення хвиль у часі. Справді, оскільки закони розповсюдження хвиль, як правило, інваріантні щодо такої інверсії, то завжди можна створити у просторі особливі хвилі, які самі зійдуться у певній точці. Це буде схоже на зворотну зйомку процесу випромінювання хвиль точковим джерелом. Метод вперше був запропонований у 60-х роках минулого століття для підводного сполучення між підводними човнами і з тих пір знайшов ряд додатків у медицині.

Для його наочної демонстрації Брайан Андерсон (Brian Anderson) з Університету Брігама Янга зі своєю командою вигадали гру для двох гравців. Мета гри - фокусуючи акустичні хвилі на поверхні ігрового поля, перекинути всі фігурки LEGO супротивника, не зачіпаючи своїх. Стенд із грою встановлений у музеї Швейцарської вищої технічної школи Цюріха в рамках виставки, присвяченої різноманітним хвилям.

Перед фізиками стояло завдання зробити так, щоб хвилі, випущені джерелом з точки A, когерентно сфокусувалися в точці B. Для цього вони спочатку створюють звичайний точковий імпульс А і записують те, яким чином він досягає точки B, протягом деякого часу. Потім вони повністю інвертують виміряний профіль і його основі відтворюють у точці А звернену хвилю. При незмінності геометрії середовища в точку B через вибраний час надходить точковий когерентний імпульс.

Джерело