Nuolat keliaudami nenaudodami energijos
Kelis mėnesius buvo kalbėta, kad tyrinėtojams pavyko sukurti laiko kristalus - keistus kristalus, kurių atominė struktūra kartojasi ne tik erdvėje, bet ir laike, o tai reiškia, kad jie nuolat juda be energijos sąnaudų.
- „Salik.biz“
Dabar tai buvo oficialiai patvirtinta: tyrėjai tik neseniai išsamiai atskleidė, kaip sukurti ir išmatuoti šiuos keistus kristalus. Ir dvi nepriklausomos mokslininkų grupės tvirtina, kad faktiškai sugebėjo sukurti laiko kristalus laboratorijoje, naudodamos pateiktas instrukcijas, taip patvirtindamos, kad egzistuoja visiškai nauja materijos rūšis.
Šis atradimas gali atrodyti visiškai abstraktus, tačiau jis skelbia naujos fizikos eros pradžią, nes daugelį dešimtmečių mes tyrėme tik materiją, kuri pagal apibrėžimą buvo „pusiausvyroje“: metalus ir izoliatorius.
Bet buvo pasiūlymų, kaip Visatoje egzistuoja įvairių keistų rūšių materija, kurios nėra pusiausvyroje ir kurių mes net nepradėjome tyrinėti, įskaitant laiko kristalus. Dabar mes žinome, kad tai nėra fikcija.
Pats faktas, kad dabar turime pirmąjį „ne pusiausvyros“dalyko pavyzdį, gali lemti mūsų supratimo apie mus supantį pasaulį ir tokias technologijas kaip kvantinis skaičiavimas proveržį.
„Tai yra naujos rūšies dalykas, laikotarpis. Tačiau taip pat džiugu, kad tai yra vienas iš pirmųjų „ne pusiausvyros“dalyko atvejų “, - sako vyriausiasis tyrėjas Normanas Yao iš Kalifornijos universiteto Berkeley mieste.
„Visą praėjusio amžiaus antrąją pusę mes tyrėme pusiausvyros dalykus, tokius kaip metalai ir izoliatoriai. Ir tik dabar mes patekome į „nebalansinės“materijos teritoriją “.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Tačiau stabtelėkime ir pažiūrėkime atgal, laiko kristalų koncepcija gyvuoja kelerius metus.
Pirmą kartą juos prognozavo Nobelio premijos laureato fizikos teoretikas Frankas Wilczekas 2012 m. Laiko kristalai yra struktūros, kurios, atrodo, juda net mažiausiu energijos lygiu, vadinamu žemės arba ramybės būsena.
Paprastai, jei materija yra pagrindinėje būsenoje, dar vadinamoje sistemos nulinės energijos būsena, tai reiškia, kad judėti teoriškai neįmanoma, nes tam reikia energijos.
Tačiau Wilczekas teigė, kad tai netaikoma laiko kristalams.
Paprastuose kristaluose atominė gardelė kartojasi erdvėje, kaip ir deimantų anglinė gardelė. Bet, kaip rubinas ar smaragdas, jie nejuda, nes yra pusiausvyros pagrindinėje būsenoje.
Laiko kristaluose struktūra taip pat pasikartoja ne tik erdvėje. Todėl jie juda pagrindinėje būsenoje.
Įsivaizduokite želė. Jei kišite jį pirštu, jis pradės vibruoti. Tas pats nutinka laiko kristaluose, tačiau didelis skirtumas yra tas, kad joms judėti nereikia energijos.
Laiko kristalai yra tarsi nuolat vibruojanti želė įprastoje pagrindinėje būsenoje, ir būtent todėl ji tampa naujos rūšies medžiaga - 'pusiausvyros' medžiaga. Kuris tiesiog negali sėdėti vietoje.
Bet vienas dalykas yra numatyti tokių kristalų egzistavimą, o visai kitas - iš tikrųjų juos sukurti, ir tai atsitiko naujausiuose tyrimuose.
Yao ir jo komanda sukūrė išsamią diagramą, kurioje jie išsamiai aprašė, kaip sukurti ir išmatuoti laiko kristalo charakteristikas, ir netgi numatyti, kokios turėtų būti skirtingos laiko kristalą supančios fazės, kitaip tariant, jie apibūdino naujo tipo materijos kietųjų, skystųjų ir dujinių būsenų atitikmenis.
Yao straipsnį, išspausdintą „Physical Review Letters“, pavadino „tiltu tarp teorinės idėjos ir eksperimentinio įgyvendinimo“.
Ir tai visai nėra spekuliacija. Vykdydami Yao nurodymus, dvi nepriklausomos grupės - viena iš Merilando universiteto, kita iš Harvardo - sugebėjo sukurti savo laiko kristalus.
Abiejų tyrimų rezultatai buvo paskelbti praėjusių metų pabaigoje svetainėje arXiv.org (čia ir čia) ir buvo išsiųsti į recenzuojamus žurnalus skelbti. „Yao“abu straipsniai buvo bendraautoriai.
Kol laukiame publikacijų, vertėtų išlikti skeptiškai vertinamiems teiginiams. Tačiau faktas, kad dviem nepriklausomoms grupėms pavyko sukurti laiko kristalus, naudojant tą pačią schemą visiškai skirtingomis sąlygomis, skamba daug žadančiai.
Merilando universitete laiko kristalai buvo sukurti iš 10 iterbio jonų grandinės, visi su įsipainiojusiais elektronų sukiniais.
Svarbiausia šią bazę paversti laiko krištolu buvo išlaikyti jonus pusiausvyroje, ir tai padaryti jie galėjo paeiliui iš dviejų lazerių. Vienas lazeris sukūrė magnetinį lauką, antrasis lazeris iš dalies išvyniojo atomų sukinius.
Kadangi atomų sukiniai iš pradžių buvo įsipainioję, jie netrukus pateko į stabilų, pasikartojantį sukimosi modelį, kuris apibūdina kristalą.
Tai buvo normalu, tačiau norėdama tapti laiko kristalais, sistema turėjo laiku nutraukti simetriją. Stebėdami iterbio atomų grandinę, tyrėjai pastebėjo kažką neįprasto.
Du lazeriai, periodiškai sukuriantys iterbio atomus, sukėlė sistemos pasikartojimą du kartus per „sukrėtimus“, o tai tiksliai negalėjo įvykti normalioje sistemoje.
„Ar nebūtų labai keista, jei jūs nuspausite želė ir pamatysite, kad ji reaguoja į ją skirtingais laikotarpiais?“- paaiškina Yao.
„Bet tai yra laiko krištolo prigimtis. Jūs turite tam tikrą patogeną, kurio laikotarpis T, bet sistema kažkodėl sinchronizuota, ir jūs stebite jo judėjimą, kai laikotarpis viršija T. “
Atsižvelgiant į magnetinį lauką ir lazerio pulsaciją, laiko kristalas galėtų pakeisti savo fazę, kaip lydymosi kubas.
Crystal iš Harvardo buvo kitoks. Tyrėjai jį sukūrė naudodami tankius azoto laisvų vietų centrus deimante, tačiau jie sugalvojo tą patį rezultatą.
„Šie panašūs dviejų labai skirtingų sistemų rezultatai patvirtina, kad laiko kristalai yra plačiai paplitusi materijos forma, o ne kažkokia keista savybė, pastebima tik mažoje, specialioje sistemoje“, - paaiškina Phil Rifermey iš Indianos universiteto pridėtame tyrime. darbo pastaba, jis nedalyvavo tyrime, tačiau peržiūrėjo straipsnį.
"Šio vienintelio laiko krištolo stebėjimas … patvirtina, kad simetrijos trūkimas gali įvykti visose gamtos srityse, ir tai atveria naujas sritis tyrimams."
Yao schema buvo paskelbta leidinyje „Physical Review Letters“, čia galite perskaityti Harvardo straipsnį apie laiko kristalus, o Merilando universiteto straipsnį - čia.