anna_beam

Category:

Tемпоральный кристалл и как он переворачивает наши представления о законах физики

В конце июля компания Google объявила, что ее инженерам удалось создать внутри квантового компьютера новое состояние материи - так называемый кристалл времени (или темпоральный кристалл), само существование которого, кажется, бросает вызов известным нам фундаментальным законам физики.

Так что такое кристалл времени?

Всем известны три основные состояния вещества: твердое, жидкое и газообразное. Они существенно отличаются физическими свойствами, но могут переходить одно в другое при необходимых условиях - давлении и температуре.

Однако этими тремя Вселенная не ограничивается. Ученым известны и другие, более экзотические состояния материи. Например, плазма, которая помогла нам заменить громоздкие телевизоры на мониторы с плоским экраном. В естественных условиях на Земле плазму можно наблюдать в основном в виде молний и северного сияния, хотя во Вселенной на нее приходится 99,9% всего привычного нам вещества.

За последние сто лет в лабораторных условиях удалось получить сверхтекучие квантовые жидкости (например, жидкий гелий), а также вырожденное вещество, бозе-эйнштейновский конденсат и другие т.д.

Темпоральный кристалл - одно из таких экзотических состояний. И, чтобы понять его природу, для начала нужно вспомнить, что такое кристалл обычный - будь то драгоценный алмаз или простой лед.

В отличие от жидкостей и газов, где частицы находятся в постоянном движении, периодически сталкиваясь между собой, кристалл - твердое тело. Его атомы (или молекулы) связаны между собой и расположены в строгой повторяющейся последовательности, на одинаковом расстоянии друг от друга, как углы клеток на шахматной доске. Впрочем, клетки плоские, а кристалл объемный - так что его структура напоминает скорее кубик Рубика.

В жидком и газообразном состоянии вещество со всех сторон выглядит одинаково. Физики называют это явление пространственной симметрией. А вот внешний вид твердых предметов зависит от угла зрения. поэтому ученые говорят, что в кристаллах пространственная симметрия нарушена.

Однако теория относительности утверждает, что, помимо трехмерного пространства, у Вселенной есть и четвертое измерение - время. Поэтому в 2012 году американский физик и лауреат Нобелевской премии Фрэнк Вильчек предположил, что атомы кристалла могут располагаться точно так же - в повторяющейся последовательности, на одинаковом удалении друг от друга - но не в пространстве, а во времени, периодически возвращаясь в изначальное положение.

Представьте, что вы насыпали в коробку горсть монет и аккуратно выложили каждую орлом кверху. Потом эту коробку хорошенько потрясли, открыли - и увидели, что монеты внутри перевернулись, причем перевернулись одинаково: теперь все до единой лежат кверху решкой.

Потрясли еще раз - снова везде орел; еще - опять только решка, и так далее. Система словно запоминает, в каком состоянии находилась изначально - и возвращается к нему вновь и вновь, после каждого четного изменения. А после каждого нечетного - меняет это состояние на противоположное.

Поскольку повторяющееся действие одно и то же, а его результат повторяется через раз, ученые говорят, что в данном случае нарушена симметрия времени. Именно это - определяющее свойство темпоральных кристаллов.

Монеты в данном случае - это элементарные частицы, из которых состоит кристалл (как шарики на картинке выше). Орел и решка - их квантовые состояния, а "потряхивание коробки" - любое периодически повторяющееся воздействие (например, облучение кристалла лазером). Вильчек рассчитал, возможно ли такое в теории - и математические формулы сошлись, подтверждая его правоту.

И хотя через несколько лет в опубликованных расчетах нобелевского лауреата были обнаружены неточности, эксперименты по созданию кристаллов времени продолжились - и, кажется, увенчались успехом.

и продолжение статьи

Error

Comments allowed for friends only

Anonymous comments are disabled in this journal

default userpic

Your reply will be screened

Your IP address will be recorded