Дослідники з Нью-Йоркського університету (NYU) вперше змогли наочно продемонструвати, як виглядає час у вигляді класичного кристала часу, використавши пінопластові кульки та акустичні хвилі. Це відкриття доводить, що феномен кристалів часу можливий не лише на квантовому рівні, а й у класичних фізичних системах, спрощуючи лабораторне моделювання складних явищ.
Про це розповідає ProIT
Що таке кристал часу і як його побачили?
Кристали часу — це особливий стан матерії, впорядкованість якого повторюється не у просторі, як у звичних кристалах, а у часі. Якщо у звичайних кристалічних структурах атоми розташовані в регулярній ґратці у трьох вимірах, то кристал часу осцилює з певним часовим патерном, який може ідеально накладатися сам на себе. Вперше таку ідею у 2012 році запропонував нобелівський лауреат Френк Вілчек, який припустив, що навіть у найнижчому енергетичному стані атоми можуть змінюватися з часом, подібно до того, як надпровідник проводить струм у такому ж стані.
Зазвичай дослідження кристалів часу обмежувались квантовими системами, але команда NYU довела, що класичний кристал часу можна створити простішими засобами. За допомогою масиву динаміків фізики сформували стоячу звукову хвилю, у якій змогли левітувати крихітні кульки з пінопласту.
“Кристали часу захоплюють не лише через можливості, а й тому, що здаються такими екзотичними та складними. Наша система примітна тим, що вона неймовірно проста”, — каже фізик NYU Девід Ґрієр.
Дослідники помітили, що коли в систему вводили дві кульки з різними розмірами, вони починали взаємодіяти через розсіяні звукові хвилі та осцилювали у стійкому часовому патерні без зовнішнього періодичного впливу.
Особливості експерименту та науковий потенціал
В експериментах Ґрієра та його колег — Мії Моррелл і Ліли Елліотт — пінопластові кульки демонстрували стабільний повторюваний рух протягом кількох годин. Це найменша фізична система, яка поводиться як класичний кристал часу. За словами дослідників, ключову роль у цьому процесі відіграють нереципрокні взаємодії, коли сила, яку чинить більша кулька на меншу, відрізняється від сили у зворотному напрямку. Такий тип взаємодії важко ізолювати в експериментах, але в цій системі його вдалося чітко спостерігати.
Попри те, що практичних застосувань для класичного кристала часу наразі не запропоновано, результати відкривають нові перспективи для вивчення складних фізичних та біологічних систем, зокрема тих, що мають нереципрокні взаємодії. Зокрема, подібні принципи можуть бути притаманні певним біохімічним процесам в організмі людини. Експеримент також демонструє, що для відкриття фундаментальних властивостей фізики не завжди потрібне складне обладнання — іноді достатньо простих матеріалів, як-от пінопластові кульки та акустичне поле.
Дослідження опубліковане у журналі Physical Review Letters і вже привернуло увагу наукової спільноти до нових можливостей лабораторного моделювання екзотичних явищ природи.