Звернений у часі звук прицільно збив LEGO-чоловічків
Американські фізики придумали і виготовили гру, в якій потрібно збивати LEGO-фігурки противника за допомогою точкового фокусування звернених у часі акустичних хвиль. Для звернення хвиль вони записували їх профіль поширення, після чого повторювали його в інвертованому порядку. Детальніше 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 круги, що розходяться. Відносити і розсіювати енергію від точкового джерела в простір - це загальна властивість всіх хвиль, не тільки поверхневих. Цей процес обернений фокусування, коли будь-яким чином хвилі зводяться назад в точку. 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, визначену їх 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. Дійсно, оскільки закони поширення хвиль, як правило, інваріантні щодо такої інверсії, то завжди можна створити в просторі особливі хвилі, які самі зійдуться в деякій точці. Це буде схоже на зворотну зйомку процесу випускання хвиль точковим джерелом. Метод вперше був запропонований в 60-х роках минулого століття для підводного сполучення між підводними човнами і з тих пір знайшов ряд додатків в медицині.
Для його наочної демонстрації Браян Андерсон (Brian Anderson) з Університету Брігама Янга зі своєю командою придумали гру для двох гравців. Мета гри - фокусуючи акустичні хвилі на поверхні ігрового поля, перекинути всі фігурки LEGO противника, не зачіпаючи свої. Стенд з грою встановлено в музеї Швейцарської вищої технічної школи Цюріха в рамках виставки, присвяченої всіляким 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 в А і записують те, яким чином він досягає точки B, протягом деякого часу. Потім вони повністю інвертують вимірений профіль і на його основі відтворюють в точці А обертану хвилю. При незмінності геометрії середовища в точку B через обраний час приходить точковий когерентний імпульс.
Крім розважальної мети ця технологія допомагає селективно руйнувати каміння в нирках або пухлини в мозку без хірургічного втручання. Андерсон зазначає, що таким способом йому вже вдалося виявляти в ультразвуковому діапазоні тріщини і дефекти в металевих контейнерах для зберігання відпрацьованого ядерного палива. Обіг звукових хвиль може бути також використано для визначення джерела землетрусу і навіть для локалізації місця розташування пострілів в умовах міського середовища.
Акустичні хвилі в останні роки все частіше використовують фізики як потужний інструмент для вимірювань і маніпуляцій на різних масштабах. Ми вже писали, як гуркіт поїздів запропонували використовувати для зондування земної кори і як звук допоміг керувати електронами на поверхні рідкого гелію.