Что такое кристаллы времени?

Эти атомные устройства — не порталы для путешествий во времени, а скорее появление совершенно нового состояния материи — независимого от знакомых твердых тел, жидкостей и газов, составляющих нашу известную Вселенную.

Физик-теоретик из Массачусетского технологического института Фрэнк Вильчек впервые предложил идею кристаллов времени в 2012 году, утверждая, что если изменять свойства во времени, а не в пространстве, то это может создавать новые состояния материи.

ЧТО ЭТО ЗНАЧИТ?

Основные физические законы нашего мира вращаются вокруг симметрий, то есть моментов, когда действие вызывает равное противодействие, независимо от окружающей среды. Это основная ньютоновская физика и один из основополагающих законов нашего восприятия Вселенной. Сжигаемое топливо создает измеримое количество тепла в зависимости от количества доступной массы, мяч, ударившийся о стену, отскакивает от стены с той же силой, с которой он ударился о нее, за вычетом потерь на рассеяние, которые можно было бы измерить в тепле.

Вильчек задавался вопросом, могут ли молекулы нарушать традиционную симметрию, преобразованную во времени, которая регулирует законы, ответственные за создание кристаллов. Традиционные кристаллы, такие как соль и кварц, представляют собой трехмерные упорядоченные пространственные кристаллы. Их атомы расположены в предсказуемой повторяющейся системе.

Кристаллы времени, с другой стороны, различаются на атомном уровне. Их атомы периодически вращаются, меняя направление, когда некоторый внешний импульс переворачивает их. В буквальном смысле кристаллы времени «тикают», как старые напольные часы, и их атомы вращаются с постоянной периодической частотой.

Но не поэтому они носят название «кристалл времени» — это название происходит от того факта, что атомная структура кристаллов повторяется во времени, поэтому кажется, что они колеблются с заданной частотой. Кристаллы времени никогда не находят равновесия так, как, например, алмаз или рубин, поэтому в настоящее время они считаются одним из немногих известных ученым примеров неравновесной материи.

КРИСТАЛЛЫ ВРЕМЕНИ В РЕАЛЬНОМ МИРЕ

Самое важное, что нужно понять, это то, что кристаллы времени принципиально существуют только в специальных лабораторных условиях, особенно когда ученые подталкивают их к движению.

Однажды начав колебаться, кажется, что кристаллы времени будут пребывать в этом состоянии бесконечно.

БУДУЩИЕ ПРИМЕНЕНИЯ

Ученые считают, что изучение кристаллов времени и уточнение нашего понимания их работы позволит добиться прорыва в мощности и точности атомных часов, гироскопов и магнитометров, а также дальнейшего развития того, как мы создаем перспективные квантовые технологии.

Возможность использования стабильных квантовых систем при гораздо более высоких рабочих температурах, чем мы можем достичь в настоящее время, может стать последним толчком, необходимым для того, чтобы сделать квантовые вычисления реальностью, а это действительно большое дело.

Открытие кристаллов времени также требует переоценки некоторых существующих теорий и представлений, поскольку кажется, что существуют фазы материи за пределами того, что ученые понимают в настоящее время. Есть несколько потенциальных применений кристаллов времени, которые еще более научно-фантастичны, чем следует из их названия, но, в отличие от многих таких футуристически звучащих прорывов, кристаллы времени уже существуют более чем в одной форме и были подтверждены рецензируемыми исследованиями нескольких университетов. исследовательские группы.

ВЫВОД

Да, кристаллы времени звучат как что-то прямо из научно-фантастического романа. Но чем больше ученые начинают понимать, как они работают, тем более становится понятным, насколько велик их потенциал.

По мере того, как мы начинаем приближаться к ограничениям на количество транзисторов, которые могут быть физически включены в микрочип, кристаллы времени могут стать решением, открывающим радикально новые методы вычислений.

Ясно одно: чем больше мы смотрим в «хрустальный шар» кристаллов времени, тем более многообещающим кажется будущее.