Исследователи из Нью-Йоркского университета (NYU) впервые смогли наглядно продемонстрировать, как выглядит время в виде классического кристалла времени, использовав пенопластовые шарики и акустические волны. Это открытие доказывает, что феномен кристаллов времени возможен не только на квантовом уровне, но и в классических физических системах, упрощая лабораторное моделирование сложных явлений.
Об этом сообщает ProIT
Что такое кристалл времени и как его увидели?
Кристаллы времени — это особое состояние материи, упорядоченность которого повторяется не в пространстве, как в привычных кристаллах, а во времени. Если в обычных кристаллических структурах атомы расположены в регулярной решётке в трёх измерениях, то кристалл времени осциллирует с определённым временным паттерном, который может идеально накладываться сам на себя. Впервые такую идею в 2012 году предложил нобелевский лауреат Фрэнк Уилчек, который предположил, что даже в самом низком энергетическом состоянии атомы могут изменяться со временем, подобно тому, как сверхпроводник проводит ток в таком же состоянии.
Обычно исследования кристаллов времени ограничивались квантовыми системами, но команда NYU доказала, что классический кристалл времени можно создать более простыми средствами. С помощью массива динамиков физики сформировали стоячую звуковую волну, в которой смогли левитировать крошечные шарики из пенопласта.
“Кристаллы времени захватывают не только возможностями, но и тем, что кажутся такими экзотическими и сложными. Наша система примечательна тем, что она невероятно проста”, — говорит физик NYU Дэвид Гриер.
Исследователи заметили, что когда в систему вводили два шарика разного размера, они начинали взаимодействовать через рассеянные звуковые волны и осциллировали в устойчивом временном паттерне без внешнего периодического воздействия.
Особенности эксперимента и научный потенциал
В экспериментах Гриера и его коллег — Мии Моррелл и Лилы Эллиотт — пенопластовые шарики демонстрировали стабильное повторяющееся движение в течение нескольких часов. Это самая маленькая физическая система, которая ведёт себя как классический кристалл времени. По словам исследователей, ключевую роль в этом процессе играют нерецирпокные взаимодействия, когда сила, которую оказывает больший шарик на меньший, отличается от силы в обратном направлении. Такой тип взаимодействия трудно изолировать в экспериментах, но в этой системе его удалось чётко наблюдать.
Несмотря на то, что практических применений для классического кристалла времени в настоящее время не предложено, результаты открывают новые перспективы для изучения сложных физических и биологических систем, в частности тех, которые имеют нерецирпокные взаимодействия. В частности, подобные принципы могут быть присущи определённым биохимическим процессам в организме человека. Эксперимент также демонстрирует, что для открытия фундаментальных свойств физики не всегда нужно сложное оборудование — иногда достаточно простых материалов, таких как пенопластовые шарики и акустическое поле.
Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters и уже привлекло внимание научного сообщества к новым возможностям лабораторного моделирования экзотических явлений природы.