Чуть более десяти лет назад Фрэнк Вильчек, американский физик-теоретик из Массачусетского технологического института и лауреат Нобелевской премии, написал статью, в которой размышлял о потенциальных свойствах гипотетического объекта, названного им темпоральным (временным) кристаллом.
К удивлению многих, за последние несколько лет эти кристаллы времени были обнаружены в большом количестве как в ходе лабораторных экспериментов, так и внутри обычных вещей, таких как детские игрушки. Однако, как это часто бывает, точная природа этих объектов до конца не изучена.
Так что же такое кристалл времени?
Прежде всего, давайте определим, что такое кристалл. Давайте рассмотрим пустое пространство как чистый лист бумаги, простирающийся настолько далеко, насколько может видеть человеческий глаз. В этом нет особого смысла, потому что в любой точке пространства все будет одинаково.
Вот тут вступает в действие трансляционная симметрия. Ничего особенного, но теперь давайте представим, что бумага разлинована в клетку, как листы тетради для уроков математики. Таким образом, вы будете располагать большим количеством пустого пространства, но время от времени у вас будут линии, углы и т. д. Другими словами, у вас будет повторяющаяся регулярная структура. В кристаллах, от бриллиантов до снежинок, частицы (атомы и молекулы) организованы в виде повторяющихся узоров. Паттерн (структура) — это то, что важно для определения кристалла.
В темпоральном кристалле временная симметрия нарушена
Кристалл времени — это набор атомов, которые могут располагаться в любом порядке, но через регулярные промежутки времени снова и снова складываются в один и тот же узор. Вы можете представить его как сложный часовой механизм с множеством странных движущихся частей — но, например, каждую минуту все они образуют четкую форму, а затем возвращаются к неупорядоченной структуре.
Чтобы лучше разобраться в теме, давайте рассмотрим три крупных внутренних спутника Юпитера: Ио, Европа и Ганимед. Считается, что они находятся в орбитальном резонансе. На каждые четыре оборота Ио приходятся два оборота Европы и один оборот Ганимеда. Таким образом, примерно каждую неделю (7,15 дня) спутники одновременно возвращаются в исходное положение.
Это хорошая аналогия для кристалла времени, но это не кристалл времени. Нам нужно добавить еще один особый ингредиент, который можно найти только в квантовом мире. Итак, система не должна отдавать энергию в окружающую среду. То есть эта система изменяется и движется в состоянии с наименьшей энергией, поэтому она буквально не может ее тратить.
Вы можете подумать, что это очень похоже на вечный двигатель, а это прямо запрещено вторым законом термодинамики, который объясняет, что энтропия изолированной системы всегда возрастает. Однако временные кристаллы являются предельно допустимым случаем; энтропия этих кристаллов остается неизменной.
О существовании кристаллов времени человечество знает всего несколько лет, но исследователи уже рассматривают возможность их применения в квантовых компьютерах, например, в качестве потенциального хранилища информации.
