07.05.2013

Кристаллы времени нарушают известные нам законы физики

В феврале 2012 года лауреат Нобелевской премии Франк Вильчек представил на суд учёной общественности свою весьма необычную идею. Хотя это и казалось невозможным, физик сумел отыскать очевидное доказательство существования «кристаллов времени» — физических структур, которые движутся с определённой периодичностью, подобно минутной стрелке наручных часов, бесконечно, не затрачивая на движение никакой энергии и не останавливаясь.

Поначалу открытие временных кристаллов было встречено научным сообществом гробовым молчанием. Теория казалась чересчур экзотичной, более того, противоречащей закону физики: «существование вечного двигателя невозможно». Единственным комментарием, сопроводившим появление на свет теории о вечном движении, было высказывание польского физика, профессора Якуба Закрвски: «Я просто не знаю».

Через год после своей публикации Вильчек получил возможность подтвердить теорию на практике. И не ради вечного двигателя (вряд ли вообще движущиеся кристаллические решётки можно использовать таким образом), а для того, чтобы пошатнуть основы господствующей в научном мире теории времени.

Теория как она есть

«Я просто подумал о том, что мы воспринимаем кристаллы как нечто трёхмерное. Тут всё намного сложнее, кристаллическая решётка может существовать и в четвёртом измерении. Весь интерес в том, как она будет вести себя во временной системе координат», — рассказал Вильчек о ходе своей мысли.

Когда материя кристаллизуется, атомы спонтанно складываются в определённую структуру трёхмерной решётки. Баланс сил между атомами предотвращает заполнение ими пустующих мест в этой решётке. Поскольку выбор места, которое предстоит занять атому, дискретный, кристаллы нарушают пространственную природную симметрию. Таким же образом, по мнению учёного, кристаллические структуры нарушают и временную симметрию, создавая нечто, движущееся и не затрачивающее на это энергии.

Большой эксперимент

В июне прошлого года группа физиков под руководством наноинженера из Бёркли Сянг Чжана выдвинула идею создания кристалла в форме постоянно вращающегося кольца заряженных атомов, причём один из разработчиков заявил, что идея пришла ему в голову ещё до опубликования статьи Вильчека.

Эксперимент из Бёркли займёт, по словам самих экспериментаторов, «примерно от трёх до бесконечности лет», в зависимости от непредвиденных технических трудностей и финансирования. Итогом эксперимента физики полагают резкий прыжок науки от временных кристаллов за пределы таких устаревших законов квантовой механики, вперёд, к более великим теориям.

«Интересно, сделаем ли мы следующий за Эйнштейном шаг в науке? — размышляет Тонгцхан Ли, один из участников группы. – Он же говорил, что квантовая механика ещё не полностью изучена».

Создание ионного кольца

Команда физиков из Бёркли намерена создать кристаллы времени путём введения сотни ионов кальция в небольшую камеру, оснащённую электродами. Электрическое поле загонит ионы в «ловушку» шириной 100 мкм, это толщина человеческого волоса. Так как заряды отталкиваются, ионы рассредоточатся в пространстве ловушки равномерно, вокруг внешнего края, образуя кристаллическое кольцо. Затем диодные лазеры устранят кинетическую энергию ионов и охладят их практически до абсолютного нуля. Далее, в ловушке будет включено статическое магнитное поле, которое, по замыслу учёных, должно запустить ионное вращение. Если всё пройдёт успешно, физики планируют «пометить» один из ионов, чтобы наблюдать за периодичностью и скоростью движения. «Если» — ключевое слово в данном эксперименте. «Это будет действительно за гранью современного научного знания и понимания, разрушение временной симметрии, — мечтает профессор Ли. – Но сначала мы должны доказать, что оно действительно существует».

Источники:

1. vlasti.net