Физики могут быть близки к созданию теоретических «кристаллов времени».
Новейшие исследования в области физики дают нам еще одну замечательную идею, которая звучит как что-то из научно-фантастического романа. В 2012 году лауреат Нобелевской премии Frank Wilczek и группа физиков-теоретиков из Массачусетского технологического института выдвинули идею о том, что существуют гипотетические структуры, которые могут двигаться без использования энергии.. Он назвал их « кристаллы времени». В то время как большинство физиков с тех пор отвергли эту идею как «невозможную», новая статья показывает, как эти кристаллы времени могут существовать на самом деле, что, возможно, изменит наше понимание фундаментальных принципов природы.
Что особенного в кристаллах времени, так это то, что, если они существуют, они могут нарушить симметрию времени и пространства. Кристаллы времени будут двигаться по повторяющейся схеме, без использования накопленной энергии, в своего рода вечном движении.
«Я думал о классификации кристаллов, а потом мне пришло в голову, что естественно думать о пространстве и времени вместе», - сказал Вильчек о своей идее. «Итак, если вы думаете о кристаллах в космосе, очень естественно также подумать о классификации поведения кристаллов в времени»
Причина, по которой кристаллы подсказали Вильчеку эту идею, заключается в том, что они демонстрируют необычное поведение при росте, когда их атомы спонтанно организуются в ряды, столбцы и трехмерные решетки, не становясь симметричными, как сфера. Это нарушает пространственную симметрию природы, которая утверждает, что все места эквивалентны. Зная это, профессор Вильчек представил математическое доказательство, показывающее, что атомы кристаллизующегося вещества могут регулярно образовывать повторяющиеся решетки во времени, но без потребления и производства энергии. Они возвращались в свое « основное состояние » и начинали процесс заново. Такая система нарушила бы временно-поступательную симметрию (TTS), еще одну фундаментальную симметрию в физике.
Эта идея казалась странной, но, поскольку у нее было проверенное экспертами доказательство, другие ученые были вынуждены рассмотреть ее. Если бы экспериментаторы смогли воплотить в жизнь идеи, выдвинутые физиками-теоретиками, существование кристаллов времени пролило бы свет на природу самого времени,, возможно, согласовав теорию относительности с квантовой механикой
Красные кристаллы флюорита в Музее естественной истории в Париже. Фото ПАТРИКА КОВАРИКА/AFP/Getty Images.
Теперь, ученые-экспериментаторы из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и из исследовательской лаборатории Microsoft Q опубликовал статью, объясняющую, как возможны кристаллы времени с нарушением симметрии. Они утверждают, что существует разница между «явным» и «спонтанным» нарушением симметрии.
“Если симметрия явно нарушена, то законы природы уже не имеют симметрии; спонтанное нарушение симметрии означает, что законы природы имеют симметрию, но природа выбирает состояние, в котором ее нет», - сказал Доминик Элс, соавтор статьи.
В принципе, природа может делать исключения.
Ученые предсказывают, что такого рода нарушение симметрии может происходить в квантовых системах, которые они назвали « Флоке-многочастичные локализованные управляемые системы ». И они задумали эксперимент по их созданию.
«В сотрудничестве с экспериментальными исследовательскими группами мы изучаем возможность реализации кристаллов времени Флоке в системах холодных атомарных газов,” - сказал соавтор Четан Наяк из Microsoft Station Q и UCSB для Phys.org.
Они планируют использовать большую систему захваченных атомов, захваченных ионов или сверхпроводящих кубитов, чтобы создать кристалл времени, затем наблюдать за ним и измерять его изменения с течением времени.