物理学家首次演示水波“逆时传播”

多年来，科学家一直在广泛研究声波、弹性波、电磁波的逆时传播而未能成功。据物理学家组织网8月23日报道，最近，一个来自法国巴黎高等物理化工学院和法国国家科学研究院(CNRS)的研究小组首次成功演示了水波的逆时传播。研究人员指出，实验证明要产生高质量的逆时水波是可行的，这些发现为海洋基础应用奠定了基础。相关论文发表在最近出版的《物理评论快报》上。
　　逆时水波并不是把水波送回过去，而是从一个源头发出水波，在介质传播一段距离后，再发出水波使其能返回到源头位置，就像波向后倒回来一样。波返回源头的路径是精确遵循它最初传播的路径，用数学表达就是一种时间反向。
　　研究人员解释说，水波虽然普通而且易于观察，却比声波、弹性波和电磁波更加复杂。因为水波会由于小区域内的阻碍而分散，还有流体粘稠性、与容器壁摩擦力等因素会减小振幅。尽管已经有不少理论研究，还从未用水波来做过逆时实验。
　　实验中，他们在一个53×38立方厘米的水箱里注入了10厘米深的水，在水箱中央用一个垂直振动器做制波器，此处作为源点，并选择了6个不同位置来记录波高，然后再次发出水波，使波纹重新汇聚于源点。实验成功地实现了水波重聚。“检测了衍射波之后，我们选择一些点测量时间信号，用可逆时间数字表示。”论文合著者、CNRS科学家亚当·普拉德卡说，“然后我们用圆锥制波器上下振动，向系统输入能量以产生波纹。”
　　为了克服耗散，他们利用了水箱边界的多重反射将阻力衰减最小化，以提高最初波和逆时波的相似性。并利用傅立叶变换轮廓术(FTP)精确检测了波的表面高度，重新构建了不同时刻的波面立体图。
　　“逆时波确实重聚返回到它的源点。尽管水波有着耗散的性质，由水箱边界传来的多重反射信号还是足够强，能有效进入逆时波并产生了更好的聚集效果。”论文合著者、CNRS科学家马赛厄斯·芬克说，“尽管我们做的是水波逆时实验，但研究表明波物理学中普遍存在着逆时对称性，它适用于任何类型的波：地震波、声波、电磁波、水波等。利用这一理论，可以构建任何坚固设备的逆时镜像。”
　　“复杂介质的任何区域都很容易聚集逆时水波，这一点在海港水波控制方面有很多应用。”芬克说，“比如在一个海港中，由于建筑性干扰及其潜水结构的外观，使得某个水区经常产生高振幅波，可以利用一套浸入海中的振动制波器在外面聚波以形成波场，从而达到消波的目的，就像声学中的抗噪音技术。此外，还可以利用逆时波消除运动船只的航行尾迹，这种消航迹的方法还能在水面上远距离牵引一条船或一个固体结构。”