著名物理实验的新旋转表明光干扰了它自己的过去

1801 年，英国科学家托马斯·杨 (Thomas Young) 进行了一项载入物理学史册的“双缝”实验：通过让光线穿过材料中的两个狭缝，他发现光的行为就像波一样，同时走不同的路径，只会干扰光的传播。一旦它们重新组合，就会以可预测的方式进行。

自这一开创性时刻以来，该实验不断重复，以证明电磁辐射同时表现出波状和粒子状的行为。 换句话说，光的表现就像从斜坡上滚下的弹珠和池塘里的涟漪，这取决于它们的测量方式。

不仅仅是光子有这种行为。 科学家们使用类似的装置来显示电子、中子和整个原子以相同的方式表现，建立了量子物理学的核心原则作为基于概率的理论。

现在，科学家们以现代的方式重现了杨的实验。 他们没有使用在空间中分开的一对狭缝，而是使用通过快速调整材料反射率而产生的“时间狭缝”，测试光波干扰其自身过去和未来的能力。

“我们的实验揭示了更多关于光的基本性质的信息，同时作为创造可以在空间和时间上精确控制光的终极材料的垫脚石，”说英国伦敦帝国理工学院物理学家里卡多·萨皮恩扎 (Riccardo Sapienza)。

Sapienza 和他的同事使用了一层薄薄的氧化铟锡，这是一种用于智能手机屏幕的材料。 激光脉冲改变了其反射率，形成了两个不同的周期，可以测量光击中材料的情况，从而提供了不同的时间路径，其中单波光可以干扰自身。

这些时间差异改变了光照射到材料时的频率，不同波之间的干扰产生了不同的颜色，而不是亮度差异。 科学家们研究了这种干涉图案，以观察光的波状行为。

“双时间缝实验为能够解析光脉冲时间结构的全新光谱学打开了大门。”说伦敦帝国学院物理学家约翰·彭德里。

有趣的是，裂缝打开的速度比科学家预期的要快得多？ 1 到 10 飞秒（千万亿分之一秒）之间。实验超出了理论模型，这表明模型的一部分需要重新考虑：材料不一定像科学家认为的那样与光相互作用（例如，当强度或速度发生变化时）。

拥有这样的材料，可以改变它在绝对微小的时间尺度内对光的反应方式，可能有助于开发新技术和更深入地挖掘量子物理学的奥秘。

它在最大规模的现象研究中也将很有用，例如黑洞。 接下来，该团队想要在另一种材料（原子晶体）上尝试他们的“时间扭曲”，其中原子处于严格的模式？ 这可能会导致电子产品的快速改进。

“时间晶体的概念有可能带来超快、并行光开关，”说来自伦敦帝国理工学院的物理学家斯特凡·迈尔（Stefan Maier）。

该研究发表于自然物理学。