Científicos confirman la increíble existencia de los reflejos temporales

Si miraras en un «espejo temporal», en lugar de ver tu rostro, verías tu nuca.

Crédito: MysteryPlanet.com.ar.

Durante más de 60 años, los físicos han teorizado sobre un fenómeno conocido como «reflexión temporal», un concepto que desafía nuestra comprensión del tiempo y el espacio. Ahora, un equipo de investigadores del Advanced Science Research Center en el CUNY Graduate Center de Nueva York ha logrado observarlo en laboratorio, abriendo la puerta a nuevas posibilidades en la manipulación de ondas electromagnéticas.

¿Qué son los reflejos temporales?

Estamos familiarizados con los reflejos espaciales: cuando la luz o el sonido chocan contra una superficie como un espejo o una pared, cambian de dirección, generando una imagen reflejada o un eco. Sin embargo, la reflexión temporal es un fenómeno completamente distinto. Ocurre cuando el medio en el que viaja una onda electromagnética cambia de manera abrupta y uniforme, haciendo que parte de la onda se invierta en el tiempo y su frecuencia se transforme en otra.

Hasta ahora, los científicos creían que para lograr una reflexión temporal se requería una cantidad de energía descomunal, lo que hacía inviable su observación. Sin embargo, el equipo de CUNY ASRC lo logró enviando señales de banda ancha a través de una tira de metal de aproximadamente 6 metros de largo, impresa en una placa y equipada con una densa matriz de interruptores electrónicos conectados a capacitores de reserva. Al activar todos los interruptores simultáneamente, duplicaron la impedancia de la línea de transmisión, lo que provocó que las señales generaran una copia invertida en el tiempo y transformaran su frecuencia.

Un reflejo que desafía la intuición

Este fenómeno se comporta de una manera radicalmente distinta a los reflejos convencionales. Si miraras en un «espejo temporal», en lugar de ver tu rostro, verías tu nuca o espalda. En el caso del sonido, sería similar a escuchar una grabación en reversa: rápida y con un tono elevado. Además, la frecuencia de la onda cambia drásticamente; si fuera perceptible para nuestros ojos, podría hacer que los colores se transformaran repentinamente, como pasar del rojo al verde, del naranja al azul o del amarillo al violeta.

(a) Reflexiones espaciales convencionales: Una persona ve su rostro cuando se mira en un espejo o, cuando habla, el eco regresa en el mismo orden. (b) Reflexiones temporales: La persona ve su espalda cuando se mira en un espejo y se percibe en diferentes colores. Escucha sus ecos en orden invertido, similar a una cinta rebobinada. (c) Ilustración de la plataforma experimental utilizada para lograr reflexiones temporales: Una señal de control (en verde) se usa para activar de manera uniforme un conjunto de interruptores distribuidos a lo largo de una línea de transmisión metálica. Al cerrar o abrir los interruptores, la impedancia electromagnética de este metamaterial diseñado se reduce/aumenta abruptamente, haciendo que una señal de banda ancha propagada hacia adelante (en azul) sea parcialmente reflejada en el tiempo (en rojo), con todas sus frecuencias convertidas. Crédito: Andrea Alù et al.

Andrea Alù, profesor distinguido de física en The City University of New York Graduate Center y director fundador de la Iniciativa de Fotónica del CUNY ASRC, destacó la importancia del hallazgo: «Ha sido realmente emocionante ver esto en acción, considerando cuánto tiempo ha sido teorizado y lo diferente que es el comportamiento de las ondas reflejadas en el tiempo en comparación con las reflejadas en el espacio».

Además, los investigadores demostraron que la duración de las señales reflejadas en el tiempo se estiraba debido a la conversión de frecuencia en un espectro de banda ancha, lo que amplía las posibilidades de aplicación de esta tecnología en diversos campos.

Aplicaciones futuras

El interés científico por este fenómeno no es meramente teórico. Lograr un control más preciso sobre las ondas electromagnéticas podría revolucionar las telecomunicaciones, mejorando la eficiencia de las comunicaciones inalámbricas. Además, podría contribuir al desarrollo de ordenadores basados en ondas, que consuman menos energía y operen con una velocidad sin precedentes.

«El principal obstáculo que impedía la observación de reflejos temporales en estudios previos era la creencia de que se requería una gran cantidad de energía para crear una interfaz temporal», explicó Gengyu Xu, coautor del estudio y postdoctorando en CUNY ASRC. «Es muy difícil cambiar las propiedades de un medio con la rapidez, uniformidad y contraste suficientes para reflejar en el tiempo señales electromagnéticas porque oscilan muy rápido. Nuestra idea fue evitar modificar las propiedades del material base y, en su lugar, crear un metamaterial en el que se pudieran agregar o eliminar elementos rápidamente a través de interruptores veloces».

Shixiong Yin, otro de los coautores del estudio y estudiante de posgrado en CUNY ASRC y The City College of New York, añadió: «Las propiedades electromagnéticas exóticas de los metamateriales hasta ahora se han diseñado combinando interfaces espaciales de manera inteligente. Nuestro experimento demuestra que es posible incorporar interfaces temporales en esta ecuación, ampliando las posibilidades para manipular ondas».

Este descubrimiento no solo valida una teoría largamente especulada, sino que también nos acerca a una comprensión más profunda del tiempo y su relación con la física de las ondas. Además, la introducción de esta plataforma metamaterial podría dar lugar a los denominados «cristales temporales electromagnéticos», que podrían abrir nuevas vías para la tecnología fotónica y nuevas formas de mejorar la interacción onda-materia.

La investigación ha sido parcialmente financiada por la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea de los EE.UU. y la Fundación Simons. El estudio resultante fue publicado en Nature Physics.

Fuente: EurekAlert. Edición: MP.