خلاصه‌ای بر تقارن معکوس زمان در اپتیک‌ها !

[∆ MeRzaD ∆]

تحقیقات جدید به‌دنبال استفاده از تقارن معکوس زمان در ادوات نوری است. اخیرا مقاله‌ای تحت عنوان Time reversal symmetry in optics توسط گرد لونچز و مارکوس سوندرمن از موسسه ماکس پلانک در نشریه Physica Scripta به چاپ رسیده است. در این مقاله معکوس زمان با همبستگی فاز نوری مقایسه شده است و در نهایت مفهوم تقارن معکوس زمان با مثال‌های مختلفی در اپتیک کوانتومی و نوری به تصویر کشیده شده است.

تقارن معکوس زمان یک خاصیت فیزیکی است که در جهت‌های جلویی و پشتی زمان اتفاق می‌افتد. به‌دلیل جهت این پدیده، هیچ وجه تمایز اساسی در آن وجود ندارد. تقارن معکوس زمان هم در اپتیک کوانتومی و هم کلاسیک وجود دارد این پدیده در حوزه‌های دیگر فیزیک نیز دیده می‌شود. نویسندگان این مقاله معتقدند که این ویژگی در همه حوزه‌های فیزیک وجود دارد و تنها تحت شرایط نادر در فیزیک ذرات است که این پدیده روئیت نمی‌شود.

مفهوم متضادی از تقارن معکوس در زندگی روزمره به‌چشم می‌خورد در بسیاری از حوادث روزانه مثل صحبت کردن مردم و ریختن سیالات، زمان رو به‌جلو حرکت می‌کند و امکان بازگشت آن به‌عقب وجود ندارد. با این حال حوادث روزمره نیز از قوانین تقارن معکوس زمان تبعیت می‌کنند. امکان‌ناپذیری معکوس زمان نشات گرفته از بخش‌های پیچیده سازنده یک سیستم است برای مثال قطرات سیال در حال ریختن، که موجب می‌شود احتمال برعکس شدن فرآیند ریختن بسیار کم شود. در این فرآیند حرکت به‌جلو در زمان و بازگشت به‌عقب قابل انجام است اما به‌صورت آماری فرآیند رو به‌جلو محتمل‌تر است. از نظر فیزیک، حرکت به‌جلو و حرکت به‌عقب یکسان هستند اما این دو فرآیند همیشه عکس یکدیگر هستند.

در اپتیک، خواه فضای کوانتومی خواه کلاسیک، قوانین فیزیک متناسب با تقارن معکوس زمان است. توضیح پدیده‌های نوری بدون توجه به جهت زمان انجام می‌پذیرد. نویسندگان این مقاله از این ویژگی برای بهینه کردن مشکلات در اپتیک مدرن و آموزشی نظیر جذب فتونیک، ذخیره فتونیک و بازیابی آن، تمرکز الکترومغناطیسی و میکروسکوپ فلورسانس استفاده کردند.

نویسندگان این مقاله تاکید دارند که معکوس زمان معادل معکوس حرکت در تمام درجه‌های آزادی است. معکوس زمان یا پیوستگی فازها نشان دهنده توزیع دامنه بهینه در موارد ساده است که از آن می‌توان برای کاربردهای مختلف استفاده کرد. اگر سیستم نوری تقارن معکوس زمانی نداشته باشد به آن عایق نوری گفته می‌شود. در یک عایق نوری، دو پلاریزه‌کننده با گرداننده فاراده، پلاریزاسیون میدان الکتریکی را حرکت می‌دهند. این چرخش در طول زمان نامتقارن می‌باشد مگر این که مسئول جریان و میدان مغناطیسی گرداننده فاراده باشد.