«Кристали часу» всі ці роки були на очах у фізиків: несподіване відкриття. Коментар від jiajia

Франк Вілчек.

У червні група фізиків під керівництвом Сян Чжана, наноінженерії з Берклі, і Тонгчанга Лі, фізика з групи Чжана, запропонували створити кристали часу в формі постійно обертових кілець заряджених атомів або іонів. (Лі повідомив, що він думав про це ще до того, як прочитав документацію Вілчек). Стаття була опублікована разом з вілчековской в \u200b\u200bтому ж журналі.

З тих пір тільки один критик - Патрік Бруно, фізик-теоретик з Європейського фонду синхротронного випромінювання у Франції - висловив незгоду в науковому вигляді. Бруно вважає, що Вілчек і його колеги помилково ототожнюють времязавісімое поведінку об'єктів з порушеною енергетичним станом, а не основним. Немає нічого дивного в об'єктах з надмірною енергетичним рухом в циклі з уповільненням руху в міру розсіювання енергії. Щоб стати кристалом часу, об'єкт повинен володіти вічним рухом в основному стані.

Коментар Бруно і відповідь Вілчек з'явився в журналі PRL в березні 2013 року. Бруно продемонстрував, що низьке енергетичний стан можливо в системі, запропонованій Вілчек, як гіпотетичний приклад квантового кристала часу. Вілчек відповів, що хоча наведений приклад не є кристалом часу, він не думає, що ця помилка «ставить під сумнів основні поняття».

«Я довів, що приклад некоректний. Але у мене до цих пір немає загального докази. Бувай".

Спори чи закінчаться теоретичними основами. Козир знаходиться в руках у експериментаторів.

Міжнародна група вчених на чолі з вченими Берклі готує складний в лабораторії, проте він може бути проведений в період «від трьох років до нескінченності», перш ніж прийде до логічного завершення. Все залежить від непередбачених технічних труднощів або фінансування. Є надія, що кристали часу виведуть фізику за межі точної, але квантової механіки, і прокладуть шлях до більш великої теорії.

«Я дуже зацікавлений в тому, чи можу я зробити внесок, слідуючи постулатам Ейнштейна», - говорить Лі. - «Він говорив, що квантова механіки є неповною».

Ілюстрація експерименту з кільцем іонів в магнітній пастці.

В теорії загальної відносності Ейнштейна виміри простору і часу сплітаються воєдино - простір-час. Але в квантовій механіці, яка відповідає за взаємодію речовин на субатомному рівні, час представлено інакше - «тривожною, естетично неприємною», за словами Закржевського.

Різні поняття про час можуть бути однією з причин несумісності загальної теорії відносності і квантової механіки. Принаймні один з цих двох елементів повинен бути змінений, щоб стало можливим створення всеосяжної теорії квантової гравітації. Це одна з основних цілей теоретичної фізики. Яке з розумінь часу буде вірним?

Якщо кристали часу можуть порушувати симетрію часу таким же чином, як звичайні кристали розривають просторову симетрію, «це буде говорити про те, що в природі ці дві величини, схоже, мають симетричними властивостями, а значить повинні однозначно відбиватися в теорії. Значить, квантова механіка є недосконалою, і квантовим фізикам доведеться розглядати час і простір як дві нитки однієї тканини.

Команда Берклі намагатиметься побудувати кристали часу шляхом введення сотні іонів кальцію в невелику камеру, оточену електродами. Електричне поле зажене іони в пастку товщиною 100 мікрон, приблизно з людську волосину. Після вченим доведеться відкалібрувати електроди, щоб вирівняти поле. Оскільки заряди відштовхуються, іони розподіляться рівномірно по зовнішньому краю пастки, утворивши кристалічна кільце.

Спочатку іони будуть вібрувати в збудженому стані, але діодні лазери, на кшталт тих, що використовуються в DVD-програвачах, будуть урізати їх кінетичну енергію. За розрахунками групи, іонну кільце досягне основного стану, коли лазери охолодять іони до однієї мільярдної градуса вище абсолютного нуля. Така температура довгий час була недосяжна через нагрівання електродів в пастці, але в вересні з'явилася революційна технологія, яка в сто крат знизить теплової фон пастки. Це саме той фактор, який потрібен дослідникам.

Потім дослідники включать статичну магнітне поле в пастці, яке, якщо вірити теорії, змусить іони обертатися (причому до нескінченності). Якщо все піде за планом, іони повернуться до вихідної точки через певний інтервал часу, утворивши регулярно повторювану в часі грати і порушивши тимчасову симетрію.

Щоб побачити обертання кільця, вчені зворушений один з іонів за допомогою лазера, ефективно поставивши його в інше електронне стан, відмінне від інших 99 іонів. Обраний іон буде залишатися яскравим і показувати своє нове місце розташування, в той час як інші будуть затемнюватися другим лазером.

Якщо яскравий іон буде звертатися з постійною швидкістю, вчені вперше продемонструють, що трансляційна симетрія часу може бути порушена.

«Це насправді переверне наше розуміння», - говорить Лі. Але спочатку ми повинні довести, що це працює ».

Поки експеримент не закінчиться успіхом, багато фізиків будуть налаштовані скептично.

«Особисто я думаю, що неможливо виявити рух в основному стані», - каже Бруно. - «Вони можуть загнати кільце іонів в тороидальную пастку і погратися з цікавою фізикою, але вони не побачать, що їх годинник цокає постійно, як вони заявляють».

Хоча, хто знає, можливо квантова механіка.

Хочу трохи поміркувати про те, що з себе представляє просторів-час. Приводом до цього стала цікава стаття: "Вчені підтвердили існування нового виду матерії: кристалів часу". Суть статті в тому, що вчені відкрили речовина, в якому відбувається рух навіть в стані спокою, при нульовій енергії. Раніше вважалося, що в стані "нульової енергії системи" рух теоретично неможливо. Але, як кажуть, "теорія відповідає практиці ... теоретично".

І тепер з'ясувалося, що рух в системі може підтримуватися навіть при відсутності зовнішніх впливів - є матерія, яка в звичайному своєму стані постійно перебуває в русі.

Уже кілька місяців йдуть розмови про те, що дослідникам вдалося створити кристали часу - дивні кристали, атомна структура яких повторюється не тільки в просторі, але і в часі, що означає, що вони постійно рухаються без витрат енергії.

Тепер це офіційно підтвердили: дослідники тільки недавно розповіли в деталях, як створити і виміряти ці дивні кристали. І дві незалежні групи вчених стверджують, що їм дійсно вдалося створити кристали часу в лабораторних умовах, користуючись наданою інструкцією, тим самим вони підтвердили існування абсолютно нового типу матерії.

Відкриття може здатися абсолютно абстрактним, але воно є передвісником початку нової ери у фізиці, адже багато десятиліть ми вивчали лише матерію, яка за визначенням була 'в рівновазі': метали та ізолятори.

Але звучали припущення про існування у Всесвіті самих різних дивних видів матерії, яка не перебуває у рівновазі і яку ми навіть не почали ще вивчати, в тому числі і кристали часу. Тепер ми знаємо, що це не вигадка.

Сам факт того, що у нас тепер є перший приклад 'нерівноважної' матерії, може привести в прориву в нашому розумінні навколишнього світу, а також таких технологій як квантові обчислення.

"Це новий вид матерії, і крапка. Але класно і те, що це один з перших примірників 'нерівноважної' матерії, "ділиться враженнями провідний дослідник Норман Яо з Каліфорнійського університету в Берклі.

"Всю другу половину минулого століття ми вивчали матерію в рівновазі, таку як метали і ізолятори. І тільки зараз ми ступили на територію 'нерівноважної' матерії. "

Але давайте зробимо паузу і оглянемося, адже концепт кристалів часу існує вже кілька років.

Вперше їх передбачив нобелівський лауреат теоретик фізики Френк Вільчек в 2012-му році. Кристали часу - це структури, які, здається, знаходяться в русі навіть при найменшому рівні енергії, відомим як основний стан або стан спокою.

Зазвичай, якщо матерія знаходиться в основному стані, також відомим як стан нульової енергії системи, це означає, що рух теоретично неможливо, адже на нього потрібні витрати енергії.

Але Вильчек стверджував, що кристалів часу це не стосується.

У звичайних кристалів атомна решітка повторюється в просторі, зовсім як углородная решітка алмазу. Але, як рубін або смарагд, вони не двіггаются, тому що знаходяться в рівновазі в своєму основному стані.

А у кристалів часу структура повторюється ще і в часі, не тільки в просторі. І тому вони в основному стані знаходяться в русі.

Уявіть собі желе. Якщо його ткнути пальцем, воно почне коливатися. Те ж саме відбувається і в кристалах часу, але велика відмінність в тому, що їм на рух не потрібна енергія.

Кристал часу - це як постійно коливався желе в своєму звичному, основному стані, і саме це робить його новим видом матерії - 'нерівноважної' матерії. Яка просто не може всидіти на місці.

Але одна справа передбачити існування таких кристалів, і зовсім інше дійсно їх створити, що і сталося в новітньому дослідженні.

Яо і його команда створили деталізовану схему, в якій детально описали, як створити і виміряти характеристики кристала часу, і навіть передбачити якими мають бути різні фази, що оточують кристал часу, іншими словами, вони описали еквіваленти твердого, рідкого і газоподібного станів нового типу матерії.

Стаття цікава в тому плані, що виявила певний пробіл в науці. Зокрема пробіл положенні про нульовий енергії і про відсутність руху в системі, яка знаходиться в стані спокою. Відразу не зрозумілий сенс фрази "атомна структура яких повторюється не тільки в просторі, але і в часі, що означає, що вони постійно рухаються без витрат енергії". У моєму розумінні, атомна структура зберігається якраз з стані спокою. В іншій статті більш докладно пояснюється, що означає повторення атомної структури в часі.

Кристали самі по собі дуже незвичайні структури. Наприклад, кристалів (тим з них, кристалічна решітка яких не має найвищу - кубічної - симетрією), властива анізотропії. Анізотропія кристалів - це різнорідність їх фізичних властивостей (пружних, механічних, теплових, електричних, магнітних, оптичних та інших) за різними напрямками.

Сучасних фізиків цікавить не тільки анізотропія кристалів, але і їх симетрія. Що стосується симетрії, то вона проявляється не тільки в їх структурі і властивостях в реальному тривимірному просторі, але також і при описі енергетичного спектру електронів кристала, аналізі процесів дифракції рентгенівських променів, дифракції нейтронів і дифракції електронів в кристалах з використанням оберненого простору і т. П . що стосується «кристалів часу», то тут вчені припустили, що кристали симетричні в часі.

Вілчек говорив про це можливе явище ще в 2010 році: «Я постійно думав про класифікацію кристалів, а потім я подумав, що ж можна уявити і простір-часу з цієї точки зору. Тобто, якщо ми думаємо про кристалах в просторі, логічно буде представити кристалічні структури в часі ». У кристалах атоми займають стабільну позицію на ігровому полі. А оскільки стабільні об'єкти залишаються незмінними в часі, то існує можливість того, що атоми можуть утворювати постійно повторювану грати в часі. У вихідне положення вони повертаються через дискретний інтервал, порушуючи тимчасову симетрію. Якщо кристал не споживає і не виробляє енергію, то такі тимчасові кристали є стабільними, перебуваючи в «основному стані». При цьому в структурі кристала відбуваються циклічні зміни, що, з точки зору фізики можна вважати вічним рухом.

Тобто, виходить, що вчені відкрили речовина, яке в основі своїй коливається з певними циклами без зовнішніх впливів. При цьому, через певні проміжки часу, структура речовини збігається. На думку спадає аналогія дихання, нібито матерія дихає, або в ній є якийсь мікро-світ, який перебуває в автономному динамічно-рівноважному стані, тобто в ній циркулює енергія, яка споживається в межах цієї ж системи. Тобто зв'язок з часом тут така, що час розглядається як вимір збереження симетрії системи.

Але після цього розуміння, розум залишається незадоволеним. Чи не бачить в цьому якийсь грандіозності, осяяння. Може бути за браком розуміння структури кристалів. Або за браком розуміння явища часу.

І хочеться поміркувати про це більш предметно. Зокрема поміркувати про час ...
А почати хочеться з того, щоб розглянути, в чому проявляється інтерес до цього явища - у чому він може практично виражатися? У тому чи іншому вигляді цей інтерес представлений в літературі і кінематографі. Відразу на думку спадає наступне:

* Можливість передбачати катастрофи і негативні події

В якості ілюстрації можна розглянути фільми: "Земля Майбутнього" (Tomorrowland, 2015), "Час Розрахунки" (Paycheck, 2003), "Термінатор" (The Terminator, 1984)

* Можливість змінювати минуле з різними намірами
В якості ілюстрації можна розглянути фільми: "Назад в майбутнє" (Back to the Future, 1985), "Вихідний код" (Source Code, 2011), "Дежа-вю" (Deja Vu, 2006), "12 Мавп" (Twelve Monkeys, 1995)

* Можливість змінювати суб'єктивне минуле індивідуума
В якості ілюстрації можна розглянути фільми: "Ефект метелика" (The Butterfly Effect, 2003), "Континуум" (Project Almanac, 2014 року), "Петля часу" (Looper, 2012), "Машина часу" (The Time Machine, 2002)

В якості ілюстрації можна розглянути книгу Філіпа Діка "Особлива думка", а також однойменний фільм (Minority Report, 2002)

В якості ілюстрації можна розглянути фільм "Інтерстеллар" (Interstellar, 2014 року)

В якості ілюстрації можна розглянути фільми: "Пророк" (Next, 2007), "День бабака" (Groundhog Day, 1993), "Грань майбутнього" (Edge of Tomorrow, 2014 року)

А тепер спробую поміркувати над феноменом часу.

Час - це те, що тече, рухається незалежно від нас. Час можна розділити на минуле, сьогодення і майбутнє. Минуле - то що вже відбулося. Сьогодення - це поточний момент. А майбутнє - то, що ще не відбулося.
Далі можна розглянути окремо минуле, сьогодення і майбутнє:

минуле

Воно фіксовано. У вигляді доконаних подій. Те, що можна згадати. Воно фіксується в пам'яті, на різних носіях (фотографіях, відео, в малюнках, музичних записах). Все, що нас оточує в вигляді матеріальних об'єктів і подій з ними пов'язаних - це минуле. Минуле пов'язане з жалем, розчаруванням, радістю згадування.

майбутнє

Це те, що ще не відбулося, але може здійснитися. При першому наближенні, майбутнє носить імовірнісний характер. Наприклад, ми підкидаємо монетку. У момент, коли вона в повітрі, ми не знаємо результат. Ми можемо припустити ймовірність того, що випаде "орел" чи "решка", але ми не знаємо цього напевно. А дізнаємося ми це тільки тоді, коли майбутнє стане минулим. Монетка впала, показавши нам одну з граней, здійснилося подія, стало минулим - у нас є інформація про цю подію, фіксація події. Майбутнє пов'язане з надіями, мріями, передчуттям, чеканням, страхом невідомого, хвилюванням.

справжнє

Це те, що знаходиться між минулим і майбутнім. Це точка, в якій майбутнє перетворюється в минуле. Якщо розглянути час, як плівку кінопроектора, то минуле - це кадри, які вже були показані, майбутнє, це кадри, які ще будуть показані. А справжнє? А даний може бути поточним кадром (але він фактично теж вже показаний, тобто є минулим). Або даний може бути світлом, які підсвічує кадр. Або тим, хто сприймає зображення. Якщо нікому сприймати події, тобто чи в цьому випадку час? Сьогодення - воно містить в собі суб'єктивну природу (події та об'єкти, які сприймаються нами), але воно містить в собі також і об'єктивну природу (поточний стан речей на планеті, в галактиці, всесвіту).

Можна почати з того, щоб спробувати осмислити сьогодення зі своєю, суб'єктивної позиції, як то, що відбувається з нами і навколо нас зараз. Якщо повернутися до аналогії з кінопроектором, то кадри в ньому змінюються з певною частотою (зазвичай близько 25-30 кадрів в секунду). Така частота не випадково. Експериментально встановлено, що людське око перестає розрізняти уривчастість зображення починаючи з частоти 25 кадрів в секунду. Тобто наші очі відправляють в мозок послідовність зображень з частотою менше 25 кадрів в секунду. І, таким чином, можна зробити висновок, що ми сприймаємо зображення квантами.

Якщо розглянути інформацію, сприйняту у вигляді звуків, то у них теж є частота. Є низькочастотні звуки, є високочастотні звуки. В середньому вухо людини сприймає звуки з частотою від 20 до 20 тис. Герц. І тут є своя частота. Якщо розглянути чи не послідовність зображень, а світло, то і у світлової хвилі є частота, яка впливає на колірний відтінок. Таким чином, наш мозок отримує інформацію про реальність у вигляді квантів - одиниць інформації - з певною частотою. І суб'єктивно час ми відчуваємо при послідовному сприйнятті цих квантів.

Причому, у нашого сприйняття є цікава особливість - чим менше насичена інформація, сприйнята нашими почуттями, тим, як нам здається, довше тягнеться час. Всі помічали, що активний, динамічний і цікавий фільм закінчується нібито швидше, а нудний і нудний тягнеться дуже довго. У черзі ми сидимо за відчуттями багато довше, ніж в компанії цікавих співрозмовників. Тобто при високій частоті послідовності квантів сприймають інформації, зміст цих квантів може змінюватися з різним ступенем інтенсивності. Тобто при сприйнятті часу ми реагуємо не тільки на частоту квантів, а й на інформативність квантів, на інтенсивність зміни інформації, що міститься в кванти. І це сприйняття суб'єктивно. Дивлячись динамічний і багатий подіями фільм в п'ятий раз, ми будемо його сприймати не так, як в перший, оскільки ми ще враховуємо новизну інформації. Читаючи глибоку філософську книгу в п'ятий раз ми можемо звертати увагу на тонкі деталі, які були приховані від нас при попередніх прочитаннях.

Але як би не було налаштоване наше сприйняття, інформація до нас надходить квантами. І, взагалі-то все винайдені людиною пристрої, які передають інформацію, передають її в з певною частотою (як в технічному плані, так і в смисловому, як послідовність смислів, фраз, зображень, слів, звуків і т.д.).

простір

Виходячи з цих міркувань, можна припустити і в подальшому спиратися на гіпотезу, що час представлено у вигляді квантів, послідовності станів об'єктів.

Можна спробувати розширити це поняття, розглянувши, що мають на увазі стану об'єктів. Якщо розглядати об'єкти матеріальної природи, то можна їх узагальнити в матеріальне простір. Але можуть бути уявні об'єкти - думки в нашому розумі змінюються з певною послідовністю. Також, як і емоції. Таким чином, можна розглянути час не тільки в зв'язку з об'єктами матеріального світу (або з матеріальним простором), але і в зв'язку з астральним простором (емоції) і ментальним простором (думки).

Просторово-часової континуум

Тобто у нас вже виходить якась картинка простору-часу. Думаю, що багато хто чув таке поняття, як просторово-часової континуум. Континуум по іншому можна назвати, як нескінченність. І якщо перебуваючи в поточній точці простору-часу, тобто в "зараз", окинути внутрішнім поглядом просторово-часової континуум в одну сторону (в минуле) і в іншу сторону (в майбутнє), то там в общем-то кінця не видно. Можна бути він колись був (теорія великого вибуху) або ні ... Або колись буде кінець (судний день) або це все вигадки ... У будь-якому випадку, у нас є зараз, є минуле, в яке ми можемо зазирнути, наскільки вистачає наших здібностей, і є майбутнє, яке ми можемо передбачити з певною ймовірністю (наприклад, я можу точно передбачити, що ввечері Сонце сховається за горизонтом).

паралельні реальності

Розглянемо послідовність дій людини з точки зору просторово-часового континууму. Наприклад, якийсь індивід вирішує, як провести вихідний. Або піти в кіно. Або поїхати на природу. Він підкидає монетку, випадає "орел" і він йде в кіно. Там він дивиться фільм, отримує певну інформацію, отримує певний досвід. При цьому в альтернативної реальності у нього випадає "решка". Він їде в ліс. Отримує свій досвід. Разом, у нас є дві альтернативних лінії просторово-часового континууму. Чи можемо ми в момент підкидання монетки знати, яка з цих ліній реалізується? Ми можемо це тільки припускати.

Але, розглянемо ще один приклад. Зараз вже є інтерактивні фільми, в яких глядач обирає лінію розвитку сюжету. У певний момент при перегляді фільму глядачеві задається питання: "що зробить персонаж?". І глядач вибирає, як далі піде сюжет. Потім йому знову задають питання, і він робить вибір. Поки глядач не додивився фільм, він не знає, чим він закінчиться. Але ось, фільм дійшов до кінця, і глядач в курсі щодо сюжету фільму. Але! Тут потрібно відзначити цікавий момент. Глядач подивився півтори години фільму (будемо вважати, що фільм триває 1ч 30м). При перегляді глядач зробив вибір, який вплинув на хід подій фільму. Однак, носій інформації містить в собі і альтернативні лінії розвитку подій. І якщо припустити, що фільм пропонує зробити вибір на 30-й і 60 хвилинах, то в реальності є 4 версії розвитку сюжету. Вони вже існують на момент перегляду глядачем фільму, так як він не впливає на ці події. Він тільки робить вибір, умовно, за яким коридору пройти. Але коридор з картинками вже існує.

Ускладнимо приклад і припустимо, що глядач дивиться фільм в кінотеатрі і в певні моменти залу для глядачів пропонується проголосувати за те, як надійде головний герой. У цьому випадку вже немає індивідуального вибору, а є вибір колективний, обумовлений різними факторами (вікова категорія глядачів, їх культурний і світоглядний рівень, і т.д.). Вибір буде зроблений, екран покаже півтори години фільму, але фактори, що впливають на хід подій, будуть більш складними, ніж в попередньому прикладі. Але навіть і при такому ситуації, в реальності існує все ті ж 4 альтернативних версії фільму. І інша група глядачів в інший час вибере іншу послідовність подій.

вибір

Продовжуючи роздуми, виникає думка - а що, якщо реальність влаштована так само? Що, якщо всі альтернативні версії існують одночасно. І ми просто вибираємо, за якою стежкою пройти. Та людина, які підкидав монетку - він міг покластися нема на волю випадку, а подумати - чого б йому хотілося? Адже різний вибір призводить в різні точки просторово-часового континууму. І якщо йому, наприклад, потрібно побути на самоті і подумати над якоюсь задачею, то він би вважав за краще вибрати поїздку на природу. А якщо йому було потрібно змінити обстановку, пережити емоції - то він би вибрав піти в кіно. Він би зробив вибір залежно від актуальних завдань.

мал. 1	мал. 2

Розглядаючи реальність, як послідовність виборів, існуючих одномоментно, ми можемо її побачити як мережу виборів (рис 1). І кожен вибір породжує наступний вибір. Причому кожному вибору передує попередній вибір (рис 2) і в тій попередньої точці, вибір міг би бути іншим. Є більш глобальні вибори (вибір місця проживання) і є менш глобальні (вибір одягу). Глобальність вибору визначає те, наскільки він змінює суб'єктивну реальність. Переїзд в нове місто викликає певний рівень стресу, необхідність приймати безліч нових рішень, необхідність оперативних дій, але при цьому пропонує нові можливості. А вибір залишити все як є в свою чергу може вести до пригніченості, коли назріла пора зробити ривок, але страхи заважають це зробити. Проілюструвати це можна на рис. 3.

мал. 3

Якщо повернутися до прикладу з фільмом, то певний сценарій ми вибираємо з якоюсь метою. Це може бути інтерес: "Що буде, якщо станеться те-то". Або ми припускаємо, що такий при такому виборі буде позитивний розвиток сюжету, а при іншому драматичне. Ми керуємося певним мотивом. І аналогічно в життя, роблячи вибір, ми зважуємо на шальках терезів ймовірні наслідки цього вибору, керуємося якимись індивідуальними цілями. Ми не можемо передбачити з точністю, що з нами станеться. Але ми можемо побачити якісь паралелі в своєму минулому досвіді, або можемо порадитися з людиною, який був в подібній ситуації, або можемо керуватися якимись ілюзіями, або можемо діяти навмання з метою подивитися: "що буде?". І навіть якщо немає свідомого вибору, є вибір неусвідомлений, який полягає в тому, щоб, так би мовити, "плисти за течією".

Вибір і час

А тепер поміркуємо, як все це можна використовувати? Як пов'язаний вибір і час?
Розглядаючи мережу виборів в контексті просторово-часового континууму, можна помітити одну деталь: якщо помістити внутрішній погляд на будь-яку точку мережі виборів, ми чітко можемо побачити, що передувало цій точці (рис 4). Для будь-якої точки простору - є минуле, що породило цю точку. А майбутнє для цієї точки можна припустити з урахуванням факторів, які склалися на даний для цієї точки момент. Якщо людина до якогось моменту переїхав в інше місто, то його майбутнє буде пов'язане з цим фактом. А в його минулому є факт переїзду в інше місто.

мал. 4	мал. 5

І тут виявляється цікава деталь. Ми можемо спробувати помістити свою уяву в точку передбачуваного нами суб'єктивного майбутнього і подивитися з цієї точки на наше сьогодення (рис. 5). Якщо припустити, що всі реальності існують одномоментно і простір змінюється з певною швидкістю, то це означає, що в якийсь із альтернативних ліній розгортання часу, можна прийти в точку призначення, збігтися з цією подією. І для того, щоб потрапити в цю точку, потрібно зробити ряд виборів (рис. 6). І в залежності від точки призначення, можна прийти швидко, а можна йти досить довго. А можна взагалі заблукати і втратити точку призначення з уваги, захопитися чимось і так далі (рис. 7).

мал. 6	мал. 7

І тут треба відзначити одну деталь. Вибір впливає на лінію розгортання подій, але не впливає на швидкість розгортання. Час як рухалося, так і продовжує рухатися зі своєю швидкістю. І якщо цільова точка, наприклад "я прочитав книгу Дві Життя", то попередніми кроками до неї буде "я прочитав четвертий том", "я прочитав третій том" і т.д. А якщо цільова точка "я живу у власному будинку", то великими мазками можна позначити попередні точки: "я склав план будинку", або "у мене є гроші на покупку будинку", або "у мене є гроші на будівництво будинку". Тут уже кожен бачить шлях індивідуально.

Постановка цілей

Від дослідження явища часу, ми потихеньку прийшли до питання постановки цілей і способів досягнення цих цілей. Думаю, що дослідження часу саме в цьому контексті представляє з себе певний інтерес.

практичний інтерес

Повернемося до тих мотивів, які спонукають людину досліджувати час, які ми розглянули на початку статті. Кожен з цих мотивів так чи інакше укладається в описану схему.

* Можливість передбачати катастрофи і негативні події.
Кожній катастрофи так чи інакше передує низка подій і явищ. Явища можна в якійсь мірі попередити за рахунок профілактичних заходів, або за рахунок підвищення надійності конструкцій. Тобто тут можна підвищувати компетенції в здатності прогнозувати тенденції виходячи з розуміння геполітіческіх і планетарних процесів.

* Можливість змінювати минуле з різними намірами.
Помістивши свою уяву в точку бажаного майбутнього, можна з цієї точки спробувати "вплинути" на минуле, тобто побачити себе справжнім і подумати, якими мотивами слід керуватися при прийнятті рішень. Думаю, що з напрацюванням досвіду зв'язок повсякденних виборів з майбутніми подіями буде простежуватися все більш і більш чітко.

* Можливість змінювати суб'єктивне минуле індивідуума.
Тут варто зазначити, що бажання змінити минуле виникає, після здійснення помилки, або втрати (цінності або людини). Тобто це бажання супроводжується відчуттям втрати, розтрощення, саможаління, звинувачення себе в чому-небудь. Але ж якби не було цього досвіду, не було б і цих емоцій. І не було б бажання змінювати минуле. І тут більш розумним, на мій погляд, є бажання набуття здатності зберігати внутрішній спокій і емоційну стійкість незалежно від зроблених помилок або ударів долі. І це вже розгортає в майбутнє, налаштовує на набуття відповідних здібностей.

* Можливість попередження злочинів в майбутньому
Цей мотив зводиться до здатності прогнозувати поведінку людей. Але якщо розглядати способи вирішення цього завдання, представлені у фільмах (які згадувалися вище), то в них показано, що навіть якщо у людства є така можливість, то воно, як суспільство, обмежує свій розвиток. У тому плані, що створюється штучна сприятливе середовище і найменший вражаючий фактор може її зруйнувати. Як якби раптом з-поміж зникли всі патогенні віруси і бактерії. В такому середовищі імунітет б атрофировался за непотрібністю і надалі нешкідливий вірус став би смертельним. Тобто цей мотив досить неоднозначний. І він вирішується в тому числі і соціальними методами: підвищенням рівня освіченості, підвищенням рівня життя, розвитком інституту права, законодавчої системи, за рахунок грамотної роботи правоохоронних органів. В общем-то питання досить дискусійне.

* Можливість вчитися і дізнаватися будову Всесвіту
В цьому плані вже саме осмислення феномену часу налаштовує на це.

* Можливість бачити і коригувати суб'єктивне майбутнє
Це питання розглядається з позиції постановки цілей, приміщення уяви в точку бажаного результату і аналізу кроків, які можуть привести до цього результату через простір ймовірних подієвих ліній. І тут, як я бачу, можливість бачити і коригувати свою можливу майбутнє залежить від напрацювання досвіду, і встановлення зв'язку між вчинюваними діями і результатами цих дій. З'їв зіпсовану котлету - отримав отруєння. Обдурив контрагента - обдурили тебе. Проявив ініціативу і перевиконав план - отримав премію.

Взагалі, тема часу, вибору, причинно-наслідкових зв'язків як в нашій суб'єктивної життя так і в житті соціуму і планети - досить велика. Я сподіваюся, мої роздуми допоможуть якось систематизувати уявлення про це явище, допоможуть читачеві пролити світло на якісь питання і поліпшити розуміння цієї теми.

Кріс Монро працював з іонної пасткою схожої конструкції (джерело: Hartmut Häffner)

У 2012 році лауреат Нобелівської премії з фізики Франк Вілчек запропонував незвичайну ідею. Він припустив (і спробував довести) можливість існування «кристалів часу». Такі структури, за словами фізика, отримують енергію для свого руху з розлому в симетрії часу. Розлом, за словами Вілчек, є якоюсь особливою формою вічного руху.

Кристали самі по собі дуже незвичайні структури. Наприклад, кристалів (тим з них, кристалічна решітка яких не має найвищу - кубічної - симетрією), властива анізотропії. Анізотропія кристалів - це різнорідність їх фізичних властивостей (пружних, механічних, теплових, електричних, магнітних, оптичних та інших) за різними напрямками.

Сучасних фізиків цікавить не тільки анізотропія кристалів, але і їх симетрія. Що стосується симетрії, то вона проявляється не тільки в їх структурі і властивостях в реальному тривимірному просторі, але також і при описі енергетичного спектру електронів кристала, аналізі процесів дифракції рентгенівських променів, дифракції нейтронів і дифракції електронів в кристалах з використанням оберненого простору і т. П . що стосується «кристалів часу», то тут вчені припустили, що кристали симетричні в часі.

Вілчек говорив про це можливе явище ще в 2010 році: «Я постійно думав про класифікацію кристалів, а потім я подумав, що ж можна уявити і простір-часу з цієї точки зору. Тобто, якщо ми думаємо про кристалах в просторі, логічно буде представити кристалічні структури в часі ». У кристалах атоми займають стабільну позицію на ігровому полі. А оскільки стабільні об'єкти залишаються незмінними в часі, то існує можливість того, що атоми можуть утворювати постійно повторювану грати в часі. У вихідне положення вони повертаються через дискретний інтервал, порушуючи тимчасову симетрію. Якщо кристал не споживає і не виробляє енергію, то такі тимчасові кристали є стабільними, перебуваючи в «основному стані». При цьому в структурі кристала відбуваються циклічні зміни, що, з точки зору фізики можна вважати вічним рухом.

У багатьох фізиків виникали сумніви в справедливості гіпотези можливості існування тимчасових кристалів. Але ті вчені, хто прийняв її, стали шукати способи перевірити справедливість припущення Вілчек. І знайшли.

Кріс Монро з Мерілендського університету в Коледж-Парку вперше зміг створити тимчасову кристал в своїй лабораторії. Його ідея полягала в тому, щоб створити квантову систему у вигляді групи іонів, розташованих кільцем. При охолодженні кільця, як стверджував Монро (а до нього і інші вчені), енергетичний стан всієї системи знизиться до мінімального рівня. Іншими словами, в таких умовах система переходить в фазу «основного стану». Якщо тимчасова симетрія порушена, то кільце має змінюватися в часі. Іншими словами, обертатися. Звичайно, витягти енергію цього руху не можна, оскільки це суперечить закону збереження енергії.

Все це - теорія. На практиці реалізувати цю задумку складніше. Про намір створити кільце з іонів і перевірити справедливість гіпотези тимчасових кристалів кілька років тому повідомляли вчені з Берклі. Вони планували вводити сотні іонів кальцію в камеру невеликого розміру. Цю камеру потрібно оточити електродами і включити струм. Утворюється електричне поле дозволяє загнати іони в камеру товщиною приблизно в 100 мікрон. Після чого необхідно «відкалібрувати» частинки для вирівнювання поля. Іони, відштовхуючись один від одного, сформували б кристалічна кільце, розподілившись рівномірно по зовнішньому краю камери.

Передбачається, що іони в такий пастці будуть перебувати в збудженому стані, але за допомогою лазера їх кінетичну енергію будуть поступово урізати. За планом, температуру системи необхідно довести до 1 мільярдної градуса вище нуля. Після того, як система досягає основного стану, вчені планували включити статичну магнітне поле. Це поле, якщо гіпотеза тимчасових кристалів вірна, повинно було змусити іони обертатися. Після повернення іонів до вихідної точки в межах певного часового періоду вчені зафіксували б порушення часової симетрії.

Монро пішов схожим шляхом, тільки для створення кільця він використав не іони калію, а іони ітербію. Складністю в реалізації ідеї є те, що передбачити існування частинки в певний час в певному місці не представляється можливим. Правда, завдяки андерсоновской локалізації з'являється виняток в цьому правилі, яке можна використовувати. Андерсоновская локалізація - явище, що виникає при поширенні хвиль в середовищі з просторовими неоднорідностями і складається в тому, що внаслідок багаторазового розсіювання на неоднорідностях і інтерференції розсіяних хвиль стає неможливим поширення хвиль, що біжать; коливання набувають характеру стоячій хвилі, сконцентрованої (локалізованої) в обмеженій області простору.

Відносно недавно фізики вивчили групи квантових частинок, що взаємодіють один з одним таким чином, що це взаємодія змушує їх локалізуватися. Монро зміг використовувати результати цього дослідження для того, щоб змусити іони ітербію зайняти певні місця в певний час. В результаті був створений тимчасової кристал, і команда Монро, таким чином, довела можливість порушення часової симетрії. При вивченні властивостей тимчасового кристала виявилося, що значна зміна частоти збудження іонів змушує кристал «плавитися». На думку вчених, створення тимчасового кристала відкриває широкі можливості для квантових обчислень. Наприклад, на основі тимчасових кристалів можна створити надійну квантову пам'ять.

Правда, робота Монро і колег ще вимагає перевірки. Інші команди фізиків планують перевірити природу ефекту тимчасових кристалів, повторивши експеримент. Якщо це вдасться, то гіпотеза Франка Вілчек стане теорією, і квантова фізика отримає стимул для подальшого розвитку.

«Кристал в часі» - це незвичайна фізична концепція, теоретично запропонована кілька років тому як ілюстрація спонтанного порушення інваріантності законів фізики від часу. Говорячи звичними словами, це така система, в якій в стані з найменшою енергією і без будь-якого зовнішнього впливу спонтанно виникало б внутрішнє рух. Швидко з'ясувалося, втім, що така система неможлива - по крайней мере, в своїй вихідного формулювання. Однак зовсім недавно фізики передбачили, що, якщо замість безперервного плину часу взяти його дискретний аналог, така «кристалізація» вже не буде нічого суперечити. Днями в журналі Nature були опубліковані дві статті різних колективів експериментаторів, повідомляють про успішну реалізацію таких «кристалів в дискретному часі».

термінологічне передмову

Здається за необхідне почати цю розповідь з термінологічного пояснення. Ця тема вже пройшла недавно за стрічками новин, коли описувані тут статті тільки з'явилися в архіві електронних препринтів. У них розповідалося про систему, названу авторами discrete time crystal. Все заметки переводили термін time crystal як «тимчасової кристал» або, ще загадковіше, «кристал часу». слово discrete майже всюди опускалося, і якщо воно і фігурувало, то в комбінації «дискретний тимчасової кристал», що теж не дуже проясняло ситуацію - кристал адже і так дискретний! Нарешті, коли експериментальні статті були опубліковані в журналі Nature, На його обкладинці красувалася не менше загадкова художня ілюстрація (рис. 1). Це все навіювало і таємничі образи, які, на жаль, були далекі від того, що реально вкладалося авторами в назву.

У цій замітці ми спробували підібрати переклад, ближчий до вихідного змістом. Кристалізується, звичайно, не на часі, а деяка система частинок, і помітити цю кристалізацію можна, вивчивши рух системи в часі. Звідси термін «кристал в часі», в протиставлення звичайному «кристалу в просторі». А ось слово discrete слід відносити до часу, А не до кристалу. Таку «кристалізацію» можна помітити по періодичному руху не в теперішньому часі, а в дискретному його аналогу, в «отсчетах» зовнішнього періодичного впливу. Тому таку систему ми називаємо «кристалом в дискретному часі».

Втім, ми розуміємо, що поки це все здається абсолютно незрозумілим, - і тому давайте перейдемо до суті.

«Кристалізація в часі»

Фізик-теоретик, Нобелівський лауреат Френк Вільчек знаменитий своїми вкладами і нестандартними ідеями в самих різних розділах теоретичний фізики. Тому коли в 2012 році він в парі коротких статей (перша, друга) запропонував спірну, але дуже цікаву ідею «кристалів в часі», наукове співтовариство звернуло на неї пильну увагу.

Відправна точка цієї пропозиції - це явище спонтанного порушення симетрії, яке зустрічається в самих різних областях фізики, починаючи від звичайної термодинаміки і закінчуючи світом елементарних частинок. Слово «спонтанне» означає, що, хоча самі фізичні закони мають певну симетрію, речовина, яке їм підпорядковується, все ж вважає за краще збиратися в таку конфігурацію, яка цю симетрію порушує. Ніхто не «змушує» систему порушувати симетрію, вона це робить сама, спонтанно.

Мабуть, найяскравіший приклад цього ефекту - це саме існування кристалічних тіл. Якщо на секунду уявити собі гіпотетичну ситуацію, коли атоми взагалі ніяк не взаємодіють один з одним, то будь-яка речовина було б ідеальним газом, цілком однорідним в просторі. Ця просторова однорідність - прояв того, що закони, що керують рухом атомів, володіють симетрією: вони не змінюються при довільному зміщенні в просторі в будь-якому напрямку. Однак взаємодія між атомами існує, і, якщо воно досить сильне, воно змушує матерію організуватися в періодичну просторову структуру - кристал. Кристал симетричний щодо зрушень не на будь-які відстані, а тільки на цілком певні кроки в конкретних напрямках. Можна сказати, що вихідна зсувна симетрія спонтанно порушилася, і відповідальним за це порушення є взаємодія між атомами.

Вильчек задався питанням: а чи не можна знайти таку систему, яка б демонструвала спонтанне порушення симетрії щодо зрушень за часом, А не в просторі? Така система вела б себе вкрай незвично. Якщо мова йде, наприклад, про Багаточасткові системі, сьогодення шматку матерії, то в стані теплової рівноваги, без будь-яких зовнішніх впливів, в ній спонтанно виникало б періодичне рух. Це були б такі «спонтанно що цокають годинник», хід яких не задається жодним зовнішнім метрономом. Візуальна схожість з просторовою періодичністю в звичайному кристалі, мимовільна періодичність, отака «кристалізація» в часі і дала ідеї таке помітну назву.

Підкреслимо відразу ж два найважливіші моменти. Це має бути рух в стані термодинамічної рівноваги, а не в возмущенном стані, і тому отримати від нього енергію, зупинивши рух, вже не можна. Крім того, рух має бути детектіруемих. Скажімо, Багатоелектронні атом тут не підходить: хоча електрони в основному стані атома можуть обертатися навколо ядра, це не призводить ні до якої спостерігається перетікання електронної щільності.

Сам Вильчек визнавав, що така гіпотетична система виглядає протиприродною, але сподівався, що, спеціальним чином підібравши закон взаємодії, можна її створити. Однак швидко з'ясувалося, що це радикальна пропозиція все ж нездійсненно. Заперечення стали з'являтися відразу ж, і в 2015 роки було остаточно доведено, що ніякого спонтанного періодичного руху в стані термодинамічної рівноваги виникнути не може.

«Кристал в дискретному часі»

Здавалося б, на цьому можна було поставити крапку. Але тут проявилася допитливість розуму теоретиків: ідея спонтанного порушення інваріантності в часі була настільки привабливою, що теоретики стали намагатися знайти хоч щось, схоже на неї, злегка послабивши вихідні вимоги.

Один такий варіант, запропонований в минулому році, отримав назву discrete time crystal, «Кристал в дискретному часі» (див. Статтю N. Y. Yao et al., 2017. Discrete Time Crystals: Rigidity, Criticality, and Realizations і більш ранню статтю D. V. Else et al., 2016. Floquet Time Crystals). Він відноситься до ситуації, коли система з багатьох взаємодіючих частинок знаходиться не в повній ізоляції, а відчуває строго періодичні поштовхи, зовнішній вплив з періодом t. Якщо в системі є джерело безладу, то зовнішні поштовхи не будуть нескінченно розгойдувати коливання або нагрівати систему, а просто переведуть її в новий, особливий стан - воно ніби рівноважний, але тільки в умовах періодичного зовнішнього впливу. (Це твердження саме по собі - теж зовсім недавній результат, який і поклав початок «кристалів в дискретному часі».)

У такому новому рівноважному стані, звичайно, вже може існувати якийсь рух з періодом t - адже систему щось періодично штовхають! Вихідна симетрія щодо довільних зрушень за часом вже відсутня, зате залишається незмінність законів руху щодо «дискретного часу», тобто зрушень за часом на період t. І тепер замість плавної еволюції системи з теперішнім часом можна вивчати те, як вона поводиться в дискретному часі, через кілька «стрибків» за часом на величину t.

Чи можна кристалізацію за часом організувати ось в такому «дискретно часу»? Це означало б, що в системі мимовільно запускається довгоперіодичні рух з періодом T, Який не дорівнює, а в кілька разів перевищує t. Оскільки тут уже немає строго рівноважної ситуації, заборона, виявлений для справжніх кристалів в часі, тут вже не діє. Автори торішньої теоретичної статті прийшли до висновку, що такі «кристали в дискретному часі» дійсно не суперечать законам фізики, і навіть запропонували і чисельно проаналізували конкретний підхід до їх реалізації.

Зробимо тут невеличкий відступ і розберемося, що в цій ідеї важливо, а що ні. Взагалі-то добре відомі приклади, коли у відповідь на періодичне вплив система рухається не строго з таким же, а з кратним періодом. Згадайте, наприклад, як ви стоячи розгойдуватися на гойдалці: ви присідаєте і встаєте з частотою вдвічі більшою частоти гойдалок. Або іншими словами, ви впливаєте на гойдалки, періодично змінюючи момент інерції (і створюєте тим самим параметричний резонанс), і в системі посилюється коливання зі удвічі більшим періодом.

Особливість цього та інших подібних прикладів - це відсутність «жорсткості» результату. Так, виникає відгук з періодом T > t, Але ставлення T / t - не зафіксовано, воно пластично. Ми можемо змінити періодичність впливу і побачимо, що T / t зміниться. Наприклад, на тих же гойдалках трохи змінити темп присідання щодо ідеального значення, то замість розгойдування коливань будуть спостерігатися биття - амплітуда коливань то плавно зростає, то плавно зменшується, - а це ознака накладення двох коливань з близькими, але різними частотами.

У цьому кристалі в дискретному часі ніяких биття бути не повинно. ставлення T / t має залишатися незмінним навіть при невеликих спотвореннях системи, при свідомому зміщенні частоти впливає сили щодо ідеального значення. Образно кажучи, кристал в часі повинен володіти своєрідною «жорсткістю» - але тільки це не просторова жорсткість, а тимчасова.

Крім того, ця жорсткість повинна забезпечуватися взаємодією окремих частинок. Вона повинна проступати, коли взаємодія стає сильнішою деякого порога, і зникати, коли безладний шум пересилює його упорядочивающую тенденцію. Іншими словами, система повинна демонструвати фазові переходи: «укріпляти в дискретному часі» при посиленні взаємодії і «плавитися» при посиленні шумів.

Дві експериментальні роботи

Дві експериментальні роботи, опубліковані в свіжому випуску Nature, Пропонують дві різні реалізації «кристала в дискретному часі» (рис. 2). Вони відрізняються вихідним матеріальним носієм і тонкощами експерименту, але по своїй суті дуже схожі. В одному випадку це були 10 окремих іонів ітербію, спійманих в пастку і висять в просторі на відстані три мікрона один від одного. Оскільки іони відокремлені один від одного, фізики могли впливати лазерними імпульсами або відразу на всіх них, або на кожен іон незалежно. У другій статті це були атоми азоту, впроваджені у вигляді домішки в кристалик алмаза. Там на кристалик мікронних розмірів припадало близько мільйона таких домішкових атомів, і на всіх них синхронно впливали імпульсами мікрохвильового випромінювання.

Зверніть увагу на важливий момент. В обох випадках «кристалізація» відноситься не до матеріального переміщенню самих атомів, а до орієнтації їх спинив. Атоми нікуди не рухалися: вони або утримувалися в пастках, або намертво засіли всередині кристалу. А ось їхні спини були цілком рухливі; саме на них впливали фізики і саме вони утворювали кристалічну впорядкованість в часі. Тому не слід візуалізувати ці досягнення як якусь нову субстанцію, яка періодично перетворюється в фізично відчутний кристал, як на рис. 1; все тут було набагато прозаїчніше.

Управління спинами здійснювалося за допомогою циклічних впливів короткими імпульсами лазерного світла або мікрохвильового випромінювання. У кожному циклі був імпульс впливу, синхронно повертає всі спини на строго певний кут. Це той самий чітко відміряний удар по системі. Потім слідував спеціальний імпульс, «що включає» на час попарне взаємодія атомів, яке залежало від взаємної орієнтації спінів і їх віддаленості один від одного. Інтенсивністю цієї взаємодії можна було управляти в широких межах. Нарешті, у випадку з ланцюжком іонів використовувався і третій імпульс, для насильного створення безладу, - і тут як раз сильно допомогло те, що на кожен іон можна було впливати незалежно. У разі домішок у кришталику цього не було потрібно, там безлад і так присутній у вигляді хаотичного розміщення в кристалі. Ця комбінація імпульсів - удар, взаємодію, безлад - це і є один цикл тривалістю t. Вся процедура повторюється знову і знову аж до сотні разів. Після закінчення впливів фізики вимірюють результуюче стан спинив - або поштучно, як у випадку з ланцюжком іонів, або цілком у всьому кристалику.

Явище, яке відбувається в таких умовах, схематично показано на рис. 3. Перший цикл впливу майже точно перевертає спини з положення вгору в положення вниз, а другий цикл впливу повертає спини практично в початковий стан. Разом виходить періодичне рух з подвоєним періодом. Хаотичне вплив прагне розбити цей порядок, але за рахунок взаємодії спини чіпляються один за одного і намагаються втриматися сонаправленнимі. І найважливіший момент: навіть якщо імпульс впливу виявився недостатньо вивіреним, наприклад, він не до кінця повернув спини, то атоми своїми колективним зусиллям компенсують цю неточність і все одно тримають строгий двухперіодіческій цикл. Період відгуку жорстко стоїть на позначці 2 t, Навіть якщо імпульс впливу намагається «нав'язати» атомам інший період. Це і є горезвісна жорсткість кристала, здатність чинити опір відхиленню в сторону.

МОСКВА, 7 жовтня - РІА Новини. Американські вчені вперше змогли створити екзотичну структуру - так званий "часовий кристал", всередині якого час тече не безперервно, а своєрідними "кроками", йдеться в статті, розміщеній в електронній бібліотеці arXiv.org

Кристали часу - незвичайні структури, чиє існування було передбачене в лютому 2012 року нобелівським лауреатом Френком Вільчеком (Wilczek). Їх головна властивість - в них закони фізики будуть вести себе певним чином, породжуючи незвичайні періодичні структури не в просторі, як в звичайних кристалах, а в часі.

Майже всі фізичні закони в нормальних умовах працюють однаково в будь-який часовий точці. Формули, що описують фізичні процеси, не змінюються при зсуві часу на довільне значення назад або вперед. Чотири роки тому Вильчек припустив, що це правило - так звана однорідність часу - може порушуватися всередині екзотично влаштованої матерії, на підтримку якої потрібно найменшу кількість енергії.

Фізики змусили світло рухатися тільки в одну сторону всередині чіпаДанські фізики розробили своєрідну "односторонню дорогу" для частинок світла, по якій вони можуть рухатися тільки в одну сторону, що дозволить в найближчому майбутньому створити світлові діоди, транзистори та інші елементи обчислювальних приладів і мереж.

При спостереженні за таким кристалом нам буде здаватися, що він рухається, хоча насправді він буде перебувати в стані абсолютного спокою. Його "рух" буде складено з повторюваних у часі дискретних елементів, подібних часток матерії в звичайних кристалах, що і змусило Вильчека назвати цю форму матерії "тимчасовим кристалом".

Багато вчених сумнівалися, що подібна форма матерії може існувати в принципі, так як цього будуть заважати закони квантової механіки, однак Цзехан Чжан (Jiehang Zhang) з університету штату Меріленд в Колледж-Парку (США) і його колеги знайшли спосіб обійти ці обмеження і вперше побачити подібний кристал. Для цього вони створили квантову систему, яка знаходиться в постійному стані нестійкості і змінюється з часом.

Квантовий тимчасової кристал, створений Чжаном і його колегами, являє собою набір з іонів ітербію, охолоджених до майже абсолютного нуля і розташованих по відношенню один до одного таким чином, що їх спини постійно взаємодіють, перемикаючи один одного "по черзі".

Ці взаємодії призводять до того, що атоми редкоземельного металу фактично перестають вести себе як квантові об'єкти і локалізуються - стають чітко видимими - в якійсь конкретній точці простору, а не залишаються в "розмазати" вигляді, як "нормальні" жителі квантового світу.
Змінюючи спини цих атомів за допомогою лазера, американські вчені помітили щось незвичайне - через деякий час після проведення маніпуляцій частота "перемикання" спинив раптово подвоювалася.

Фізик: стислий світло допоможе LIGO переступити квантовий межаВикористання так званого "стисненого світла" допоможе збільшити чутливість гравітаційної обсерваторії LIGO і дозволить їй обійти фундаментальні обмеження на точність вимірювань, що покладаються законами квантової механіки.

Так як атоми ніяк інакше не взаємодіяли з навколишнім світом і вчені не втручалися в їх роботу, подібну поведінку, на думку Чжана і його колег, може пояснюватися тільки тим, що дана структура є тимчасовим кристалом, однорідність часу в якому порушується. Це підтверджується тим, що будь-які маніпуляції лазером не змінювали частоту "перемикань" в самому кристалі - вона завжди була однаковою, незважаючи на збільшення або зменшення частоти перемикання спинив лазером.

Як вважають вчені, подібні структури можна використовувати для створення квантової пам'яті і ряду інших езотеричних пристроїв, проте вони визнають те, що багато вчених захочуть спочатку перевірити їх висновки, і лише потім думати про можливі практичних застосуваннях.