Only Perception: 電磁波向後走

2008-10-01

電磁波向後走

In radiation 'ventriloquism,' electromagnetic waves travel backwards
http://www.physorg.com/news141394051.html

September 23, 2008
By Lisa Zyga

(PhysOrg.com) -- 通常，電磁波會離開它的源頭。例如，一座雷達系統發出無線電波，在反射回源頭之前，會行進所有路線抵達目標，例如一輛車或飛機。警方與軍方倚靠波的向前運動以偵測某物體的速度或位置。

所以，若電磁波雷達開始往回朝向源頭，顛倒流動，這將導致嚴重的混淆。但這正是 Cesar Monzon（美國馬里蘭州銀泉市 Enig Associates, Inc., 的資深科學家）所發現的事。在最近一項研究中，他理論上證明，在幾何、位置與頻率的特殊狀況下，能量（power）也許會向後流回其源頭。這項研究發表在最近一期 Physical Review Letters 中。

"我在各種不同的電磁觀點中研究了許多年，而我偶然碰巧發現了某些 Maxwell 方程式的解，展現出一種相當獨特的行為的，" Monzon 說。"那違反了直覺，因為我們觀察到，在空間中的某些部份，能量事實上朝著源頭的方向往回流。在另一方面，基於經驗，以及非常罕見的例外（那涉及特異環境中的波引導 (wave guidance)），當它離開源頭時，輻射的能量總是擴散出去。例如，熱輻射會筆直離開熱源。"

在 Monzon 的理論性設置中，一些理想的電磁波源排成一列。當它們在某種頻率下輻射能量時，一種不尋常的能量流動模式在離源頭約 1/2 波長的距離形成。在此位置上，能量轉向並往回流向源頭陣列，伴隨著一種渦流（vortex）形態。

如同 Monzon 解釋，向後的能量流起因於多重來源的干擾。波以這種方式疊加，以致於波的相位梯度（phase gradient）往回指向某些區域。在數學上來說，電的項（terms）必須要超過（overcome）幾何學上的項。Monzon 把這種狀況比喻為：一個力學上的物體其動能必須要超過某一障礙的位能以便克服這個障礙 -- 如同一顆球以動量滾上山丘。

如同 Monzon 所指出，向後的能量流動是由平常的波所攜帶，在其中相速度、群速度與能量全都指向同一方向。到目前為止，流向其源頭的能量只有「向後（這個方向）的」波獲得證明，在這裡有某些特性顛倒。

不過平常的波向後流動這項事實在這裡導致某些不尋常的效應。如果一位觀察者要觀察向後移動的波，那看起來像是這些波來自於某個在真實來源相反方向的「鬼」源頭。Monzon 證明，的確有可能控制向後能量流動的佈置，並為了各種應用駕馭此效應，包括詐騙。

"在欺騙的例子中，以目前的技術顯然是可能的，我們可以建造一個輻射體（例如雷達）那可以（透過測量）說服觀察者，此輻射是來自於一給定方向，而事實上我們是在其他地方，也許正觀察他們，" 他說。"這個效應是真的，並非幻覺。然而，然而，這對於觀察者的影響，類似於由一位腹語表演者（ventriloquist）所提供的錯覺，其操縱他或她的聲音，讓聲音好像來自於某個地方。"

Monzon 補充表示，這種現象也能用到其他領域，例如：光學、聲學與水波問題。

"在衛星天線饋電（satellite antenna feeds）的例子中，這個理論指出，有可能在主反射碟之後建構這些，那將提供一個沒有阻礙的清晰視野，或源自於饋電補償的不利條件，" 他解釋。"同樣的原理可應用在傳送與接收天線。"

※ 也可能用於某種程度的「隱形」。

＊ Anomalous Power Flow and "Ghost" Sources
http://link.aps.org/abstract/PRL/v101/e083901