Учёные из Нью-Йоркского университета (NYU) продемонстрировали классический временной кристалл, используя удивительно простые материалы: динамики и полистироловые шарики. Этот прорыв ставит под сомнение представление о том, что временные кристаллы являются исключительно квантовыми явлениями, и предлагает новую, доступную платформу для изучения сложных физических взаимодействий.
Что Такое Временные Кристаллы?
Временные кристаллы — это не объекты, а скорее необычное состояние материи, в котором узоры повторяются не только в пространстве (как в обычных кристаллах), но и во времени. Традиционные кристаллы упорядочивают атомы в повторяющиеся пространственные структуры, но временной кристалл колеблется с постоянным временным паттерном, который возникает из самой системы, без необходимости во внешнем воздействии для поддержания его. Это нарушает симметрию времени, что означает, что система не полагается на тикающие часы для поддержания своего ритма.
Данное поведение впервые было теоретизировано в 2012 году, и большинство экспериментальных примеров опираются на запутанные квантовые состояния. Открытие команды NYU важно, поскольку это классическая версия, то есть она не зависит от квантовой механики.
Как Проводился Эксперимент
Исследователи Миа Моррелл, Лила Эллиотт и Дэвид Гриер натолкнулись на этот эффект, изучая невозвратные взаимодействия. Они использовали крошечные полистироловые шарики (миллиметрового размера), удерживаемые стоячими звуковыми волнами. Эти шарики идеально подходят, потому что они достаточно лёгкие, чтобы левитировать в звуке, но достаточно жёсткие, чтобы сохранять свою форму под воздействием акустических сил.
Ключевым моментом является то, что шарики не идеально одинаковы. Немного больший шарик оказывает большее давление на меньший, чем наоборот. Это невозвратное взаимодействие, при котором силы не уравновешиваются, обычно трудно изолировать, но эта установка сделала его очевидным.
Когда массивы динамиков создали сбалансированную стоячую волну, а шарики были введены, они начали колебаться в повторяющемся узоре. Важно отметить, что эти колебания происходили без какого-либо внешнего сотрясения или приводящей силы. Система перешла в устойчивое, длящееся часами колебание.
Почему Это Важно
Простота эксперимента поразительна. Она доказывает, что поведение временного кристалла не ограничивается высокотехнологичными квантовыми установками. Это открывает двери для изучения невозвратных взаимодействий в макроскопическом масштабе, которые часто упускаются из виду в сложных системах.
Открытие поднимает интересные вопросы о том, существуют ли аналогичные принципы в других областях, таких как биологические системы. Например, некоторые биохимические взаимодействия в организме являются невозвратными, что заставляет предположить, что динамика, подобная динамике временного кристалла, может играть роль в биологических ритмах.
«Наша система замечательна тем, что она невероятно проста». – Дэвид Гриер, физик из NYU
На данный момент практическое применение остаётся неясным, но эксперимент показывает, что изучение экзотической физики не всегда требует передовых технологий. Иногда всё, что нужно, — это пенопласт и сабвуфер.
