Понедельник, 26.06.2017, 18:32
                          Спросите науку
Главная Мой профильРегистрация ВыходВход
Вы вошли как Гость · Группа "Гости"Приветствую Вас, Гость · RSS
Меню сайта
Форма входа
Логин:
Пароль:




Категории раздела
разное [29]
Интересные факты и материалы о физике и физиках
Элементарные частицы [28]
Коллайдер, ЦЕРН, бозон Хиггса, квантовая физика
Фундаментальные законы [36]
Фундаментальные силы, основные константы, гравитационные, электромагнитные, сильные и слабые взаимодействия. Эксперименты, измерения, открытия, мнения.
Ускорители [1]
Новости коллайдера и других ускорителей
Время [1]
Физика времени, кристаллы времени


Заработок на своем сайте People Group




Работа в сфере Разное


Спросите науку.


Открытия, изобретения, новые технические разработки


Библиотека svitk.ru - эзотерика, оккультизм, магия, колдовство, мистика, философия, религия и тп


 Каталог статей



Главная » Статьи » Физика » Элементарные частицы


Поиски кристалла времени - это возможно!

Все статьи

Существование загадочной формы материи под названием "кристаллы времени" должно быть физически невозможным.  Однако это не так.

Физик Кристофер Монро проводит свою жизнь, тыкая в атомы лучем света. Он свивает их в кольца и цепи, а затем массажирует лазерами, исследуя свойства. В прошлом году он решил попробовать что-то, казалось бы, невозможное: создать  кристалл времени.

Название звучит как фантастика, но имеет прямое отношение к физике. Кристаллы времени - гипотетические структуры, которые пульсируют, не требуя какой-либо энергии. Узор повторяется во времени, также как узор расположения атомов в кристаллической решетке повторяется в пространстве. Идея была настолько сложной, что когда нобелевский лауреат, физик Вильчек,  в 2012 году предложил эту провокационную концепцию, другие исследователи быстро отреагировали, заявив, что нет никакого способа создать кристалл времени.

Но была лазейка - и исследователи, выделив поиск  в отдельную ветвь физики, нашли способ использовать ее. 

Монро, физик из Университета штата Мэриленд, и его команда использовали цепочки атомов, чтобы сделать прототип кристалла времени. 

Одновременно еще одна группа из Гарвардского университета, независимо от Монро, "слепила" кристалл времени из «грязных» алмазов. Версии обеих групп считаются кристаллами времени, правда, не такими, какими их предполагал Вильчек. 

Они также являются первыми примерами замечательного вида материи - системы квантовых частиц, которая
постоянно меняется и никогда не достигает стабильного состояния. Эта система получает стабильность от случайных
взаимодействий, которые обычно разрушают другие виды материи. Это новый вид порядка, который ранее считался
невозможным. 

Вильчек выдумал кристаллы времени как способ нарушить правила. Законы физики симметричны в том, что они в равной степени относятся ко всем точкам в пространстве и времени. Тем не менее, многие системы нарушают эту симметрию. В магнитах, спины атомов выстраиваются в линию, а не указывают во всех направлениях. В кристаллической решетке минералов атомы занимают заданные положения в пространстве, и кристалл выглядит совершенно по другому, если этот порядок нарушается. Когда преобразование структуры вызывает изменения свойств, физики говорят о "ломке симметрии", и эта "ломка" лежит в корне магнетизма, сверхпроводимости и даже механизма Хиггса, который дает массу всем частицам.

В 2012 году Вильчек задался вопросом, почему симметрия времени никогда спонтанно не нарушается (время движется
только вперед), и можно ли создать что-то, что нарушит эту симметрию. Он назвал это что-то "кристаллами времени".

Экспериментаторы представили возможную квантовую версию этого кристалла как кольца атомов, которые вращаются и пульсируют бесконечно, циклами,  и возвращаются к начальной конфигурации. Свойства кристалла будут бесконечно синхронизироваться во времени, так же, как позиция атома скоррелирована в реальном кристалле. Система будет находиться в самом низком энергетическом состоянии, но движение не потребует никакой внешней силы. По сути, это вечный двигатель, не производящий никакой полезной энергии.

По определению, система в состоянии с наименьшей энергией почти не изменяется во времени. Если это остаточная
энергия, которая почти рассеялась, то вращение в ближайшее время прекратится. Но проблема еще более тонкая, чем кажется. Вечное движение не является прецедентом в квантовом мире: в теории, сверхпроводники проводят электричество всегда (поток является однородным,  не меняется во времени).

 

Эти противоречивые вопросы крутились в голове японского физика Харуки Ватанабе, когда он сдавал экзамен на доктора философии в Беркли. Он представлял работу по симметрии пространства, а руководитель спросил его о следствиях в виде кристалла времени Вильчека. Ватанабе не смог ответить на экзамене и задался вопросом:  как убедить людей, что это невозможно? 

Вместе с другим физиком, Масаки Ошикава, Ватанабе предпринял попытки доказать свой интуитивный ответ математически строгим образом. Формулируя проблему с точки зрения корреляций в пространстве и во времени между удаленными частями системы, физики в 2015 году вывели теорему, показывающую, что кристаллы времени невозможно создать для любой системы в самом низком энергетическом состоянии. А также подтвердили, что они невозможны для любой системы, находящейся в равновесии, достигшей устойчивого энергетического состояния.

Для физического сообщества все было ясно. Но в доказательстве теоремы была лазейка. И Кристофер Монро ею воспользовался.

Он предположил, что кристаллы времени могут существовать в системах, не достигших устойчивого состояния и находящихся вне равновесия. И теоретики всего мира задумались о создании альтернативных версий кристаллов времени.

Прорыв случился там, где ученые не думали о кристаллах времени вообще.

Шиваджи Сондхи, физик-теоретик из Принстонского университета, рассматривал вопрос о том, что происходит в
изолированных квантовых системах из "супа" взаимодействующих, неоднократно ударяющихся друг о друга частиц. Учебник физики гласит, что система должна нагреться и превратится в хаос. Но в 2015 году Сондхи вдруг предсказал, что при определенных условиях, вместо хаоса образуется фаза материи, не существующая в равновесии - система частиц, производящая тонкие корреляции,  повторяющие "узор" во времени.

Это предположение привлекло внимание Шетана Наяка, одного из бывших студентов Вильчека. И вскоре он понял, что эта странная форма материи может быть типом кристалла времени. Но не тем, о котором говорил Вильчек: система не могла бы находится в самом низком энергетическом состоянии и требовала бы регулярного ударного импульса. Но был бы устойчивый ритм, который не совпадает с ударами, а это означает, что  временная симметрия нарушается.

Это примерно как играть со скакалкой, когда рука делает два оборота, а скакалка только один. 

Монро,  услышав о предлагаемой системе, был заинтригован. 

В прошлом году он приступил к попытке сформировать атомы в кристалл времени. Рецепт был невероятно сложным, но только три компонента имеют решающее значение: сила, действующая на частицы; способ, которым можно заставить атомы взаимодействовать друг с другом; и элемент случайного беспорядка. Сочетание этих факторов, с точки зрения Монро, гарантирует, что частицы ограничены в получении энергии, и что это позволяет системе поддерживать постоянное состояние.

В своем эксперименте он стрелял из лазера очередями в цепь из десяти ионов иттербия: первый лазер переворачивал спины, второй заставлял спины взаимодействовоать друг с другом случайным образом. Такое сочетание вызвало колебания спинов атомов, и два раза за период они переворачивались. Более того, исследователи обнаружили, что даже если они начали переворачивать систему "несовершенным" образом, например, путем незначительного изменения частоты выстрелов, колебания оставались прежними. Система по-прежнему оставалась стабильно заблокирована. Так же как обычные кристаллы устойчивы к любым попыткам вывести их атомы в кристаллической решетке из стабильного положения.

В Гарварде физик Михаил Лукин пытался сделать что-то подобное, но в совершенно иной системе - в 3D-куске алмаза,
пронизанного миллионом дефектов, которые создавали естественный "беспорядок". Когда Лукин и его команда использовали микроволновые импульсы, чтобы перевернуть спины, они увидели реакцию системы на долю частоты, с которой она была нарушена.

Физики соглашаются, что эти системы спонтанно нарушают временную симметрию и математически удовлетворяют критериям кристалла времени. Но дебаты о том, следует ли все-таки называть их "кристаллами времени", пока продолжаются.

Зеленый свет показывает кристалл времени, сформированный в сеть электронных спинов (красные) в дефектах алмаза.

Зачем нужны кристаллы времени, кроме того, что сама идея о том что время  - это кристалл, является захватывающей?

Они могут иметь несколько практических применений.  Можно будет создавать квантовые системы, которые работают при высоких температурах. Физики "запутывают" квантовые частицы при температурах, близких к абсолютному нулю, чтобы смоделировать поведение материалов, которое не может быть смоделировано на классическом компьютере.

Кристаллы времени представляют собой стабильную квантовую систему, которая существует выше этих температур (в случае алмаза Лукина - вообще при комнатной температуре), потенциально открывая двери для квантового моделирования без криогенов.

По мнению Лукина, кристаллы времени можно использовать в супер-точных датчиках. Его лаборатория уже использует алмазные дефекты для обнаружения малейших изменений температуры и магнитного поля. Этот подход имеет свои пределы: если слишком много дефектов расположены в небольшом пространстве, их взаимодействия разрушают хрупкие квантовые состояния. А в кристалле времени взаимодействия служат стабилизации, а не разрушению - именно так Лукин смог использовать миллионы дефектов алмаза, чтобы получить сильный сигнал.

Эта история кристаллов времени - прекрасный пример того, как часто бывает в научном прогрессе, когда разные подходы приводят к одному результату. и конкретный рецепт оказывается лишь одним из многих способов создать кристалл времени .

По материалам nature.com

Категория: Элементарные частицы | Добавил: inauka (14.03.2017)





Читать также

В Крыму нашли затопленный город
Сенсационный снимок протопланетного диска - новости ESO
Новые пирамидальные структуры в Египте


Просмотров: 139 | Теги: время, кристалл времени, физика времени | Рейтинг: 5.0/3
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Copyright MyCorp © 2017
Помощь сайту  

Наш опрос
Верите ли вы в инопланетян?
Всего ответов: 173




Друзья сайта
  • Создать сайт бесплатно

  • Статистика

    Онлайн всего: 3
    Гостей: 3
    Пользователей: 0




    Сайт управляется системой uCozЯндекс.Метрика

    Рейтинг SIMPLETOP.NET Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru Рейтинг астрономических ресурсов от ASTROLAB.ru