Представьте себе объект, который постоянно движется, но никогда не теряет энергию. Звучит как вечный двигатель, верно? Однако в 2012 году американский физик-теоретик и нобелевский лауреат 2004 года Фрэнк Вильчек предложил концепцию, которая бросает вызов нашему пониманию физики — кристаллы времени.
Что такое кристаллы времени?
Кристаллы времени — это особая форма материи, чья структура повторяется не в пространстве, как у обычных кристаллов, а во времени. Они находятся в постоянном движении, даже в состоянии наименьшей энергии.
Как это работает?
Представьте группу ионов, вращающихся в магнитном поле. В обычных условиях они бы просто остановились. Но в кристалле времени они продолжают двигаться, образуя повторяющуюся во времени структуру.
Почему это важно?
- Нарушение симметрии времени: кристаллы времени нарушают временную симметрию, что открывает новые горизонты в физике.
- Квантовые вычисления: они могут найти применение в квантовых компьютерах, обеспечивая стабильные кубиты.
- Изучение нового состояния материи: это помогает понять фундаментальные свойства материи и энергии.
Реальность или фантастика?
В 2017 году ученым удалось создать первые кристаллы времени в лаборатории. С тех пор проведено множество экспериментов, подтверждающих их существование. Кристаллы времени создают, используя цепочки захваченных ионов или спины в алмазных дефектах при очень низких температурах.
Цепочки захваченных ионов:
- Ученые используют электромагнитные ловушки для удержания заряженных атомов (ионов) в подвешенном состоянии.
- Эти ионы выстраиваются в цепочку и охлаждаются почти до абсолютного нуля.
- Затем их облучают лазерами, заставляя колебаться в определенном ритме.
- Эти колебания продолжаются даже в состоянии наименьшей энергии, создавая повторяющуюся во времени структуру.
Спины в алмазных дефектах:
- В кристаллической решетке алмаза создают специальные дефекты, называемые NV-центрами.
- Эти дефекты содержат электроны, чьи спины можно контролировать.
- Используя микроволновое излучение, ученые заставляют эти спины «переворачиваться» в определенном ритме.
- Этот ритм сохраняется даже при минимальной энергии системы.
Очень низкие температуры необходимы, чтобы минимизировать тепловые колебания, которые могут нарушить квантовые эффекты. По сути, создается система, которая продолжает оставаться активной даже в своем самом низкоэнергетическом состоянии, бросая вызов нашему пониманию физики.
Будущее кристаллов времени
Хотя мы только начинаем изучать это явление, потенциальные применения кристаллов времени могут революционизировать технологии — от сверхточных атомных часов до квантовых компьютеров нового поколения.
Кристаллы времени напоминают нам, что мир квантовой физики полон сюрпризов, и то, что кажется невозможным сегодня, может стать реальностью завтра.
