«Кристаллы времени» умеют перевернуть теоретическую физику

    В феврале 2012 года нобелевский лауреат, физик Франк Вилчек, решил выйти на публику со странноватым и, как только ему же показалось, немного неповоротливым предположением. Неосуществимым в его идее существовало то, что Вилчек разработал и развил подтверждение существования «кристаллов времени» — физических структур, кои едут по одной и той самой же схеме, как только минутка в часах, и не затрачивая энергию не останавливаясь ни разу. В отличие от часов и каких бы то ни было остальных заведомых нам объектов, кристаллы времени приобретают энергию для движения и не из хранилища, а уж из разлома в симметрии времени, который воображает собой особенную форму нетленного движения.

    «Кристаллы времени» умеют перевернуть теоретическую физику

    «Большинство исследовательских работ в физике являются продолжением вещей, кои были изготовлены ранее», — разговаривает Вилчек, доктор Массачусетского технологического колледжа. По его словам, надо «выглянуть из коробки».

    Идею Вилчека физики повстречали настороженно. С одной стороны, у нас существуют хромированный доктор, узнаваемый разработкой экзотичных теорий, кои потом вошли в главное русло, например, существование частиц под заглавием аксионы и анионы, также обнаруженное свойство ядерных сил, узнаваемое как только асимптотическая свобода (за которое он получил Нобелевскую премию по физике в 2004 году). С альтернативный стороны, он разговаривает об нетленном движении, которое числится неосуществимым по причине базовых законов физики, кои мудрено обойти. Предстала ли его работа величайшим прорывом либо же ординарно логической ошибкой? Якуб Закржевски, доктор физики и глава атомной оптики в Ягеллонском институте в Польше, изучивший научные исследования Вилчека, произнес ординарно:

    «Я даже не знаю».

    К счастью, технологический прогресс изготовил вероятным проверку схожей идеи. Физики планируют выстроить кристаллы времени, даже и не за тем самым, что они будут генерировать нескончаемое количество энергии (и тем предстанут нетленным движком, который неудачно пробовали сделать тыщи лет), а уж за тем самым, что находка может поведать об фолиант, что этакое время на деле.

    Мысль родилась у Вилчека, когда он готовил лекцию в 2010 году:

    «Я задумывался об систематизации кристаллов, а уж впоследствии меня озарило, что можно поразмыслить об пространстве-времени с данной точки зрения. И так как вы думаете об кристаллах в пространстве, полностью конечно мыслить об фолиант, как только ведут себя кристаллические формы во времени».

    Когда материя кристаллизуется, ее атомы спонтанно выстраиваются в ряды, колонки и стопки трехмерной сетки. Атом занимает собственную позицию в сетке, однако баланс сил меж атомами мешает им же набиться в пространстве. Так как у атомов существуют дискретный, а уж и не непрерывный выбор мест, где возникнуть, кристаллы разламывают пространственную симметрию природы — обыкновенное царило тамошнего, что все пространства в пространстве эквивалентны. Однако как только насчет временной симметрии природы — царило тамошнего, что размеренные объекты остаются постоянными во времени?

    Вилчек обдумывал это же в течение пары месяцев. Наконец, его уравнения продемонстрировали, что атомы вправду умеют создавать всегда периодическую сетку во времени, ворачиваясь в начальное местоположение спустя дискретный (а уж и не непрерывный) интервал, тем нарушая временную симметрию. Без употребления либо изготовления энергии временные кристаллы будут размеренными, другими словами присутствовать в «основном состоянии», как только рассказывают физики, невзирая на циклические конфигурации в структуре, что исходя из убеждений физики можно обусловить как только нетленное движение.

    «Для физика будет абсолютным безумием мыслить о основном состоянии как только об зависящем от времени», — разговаривает Хартмут Хаффнер, квантовый физик из Калтеха. — «Из распознавания основного состояния следует, что его энергия равна нулю. Однако ежели состояние находится в зависимости от времени, это же предполагает, что или энергия меняется, или что-то гораздо. Что-то, что движется по кругу».

    Каким образом что-либо может двигаться нетленно, и не затрачивая энергию? Звучит безрассудно, так как противоречит принятым законам физики. Однако научные исследования Вилчека по квантовым и традиционным кристаллам времени (крайнее — в соавторстве с Альфредом Шапером из Вуза Кентукки) прошли проверку профессионалов и были размещены в Physical Review Letters в октябре 2012 года. Вилчек и не утверждает, что знает, умеют ли объекты, нарушающие симметрию времени, существовать в природе, однако он попробует предпринять один из этаких в рамках опыта.

    «Представьте, что вы рисуете мишень и ожидаете, пока что в нее попадут стрелы. Так как нет никакого логического противоречия в фолиант, что это же может случиться, я думаю, это же случится».

    Экспериментище

    «Кристаллы времени» умеют перевернуть теоретическую физику

    Франк Вилчек.

    В июне группа физиков под управлением Сян Чжана, наноинженера из Беркли, и Тонгчанга Ли, физика из группы Чжана, предложили сделать кристаллы времени в форме всегда крутящихся колец заряженных атомов либо ионов. (Ли сказал, что он задумывался о этом гораздо перед началом тамошнего, как только прочел документацию Вилчека). Статья существовала размещена наряду с вилчековской в фолиант же журнальчике.

    С того времени лишь один критик — Патрик Бруно, физик-теоретик из Евро фонда синхротронного излучения во Франции — выразил несогласие в научном образе. Бруно полагает, что Вилчек и его коллеги неверно отождествляют времязависимое поведение объектов с возбужденным энергетическим состоянием, а уж и не главным. Нет ничего необычного в объектах с лишним энергетическим движением в цикле с замедлением движения по мере рассеяния энергии. Дабы предстать кристаллом времени, объект обязан владеть нетленным движением в большей степени состоянии.

    Комментарий Бруно и ответ Вилчека возник в журнальчике PRL в марте 2013 года. Бруно показал, что малорослое энергетическое состояние может быть в системе, предложенной Вилчеком, как только гипотетичный пример квантового кристалла времени. Вилчек ответил, что хотя приведенный пример и не является кристаллом времени, он и не задумывается, что эта ошибка «ставит под вопросец главные понятия».

    «Я обосновал, что пример некорректен. Однако у меня до сего времени нет общего подтверждения. Пока».

    Споры лишь только ли завершатся теоретическими основаниями. Козырь присутствует в руках у экспериментаторов.

    Интернациональная группа ученых во главе с учеными Беркли готовит непростой опыт в лаборатории, но он возможно проведен в период «от трех лет перед началом бесконечности», до того как придет к логичному окончанию. Все находится в зависимости от неожиданных технических проблем либо финансирования. Существуют надежда, что кристаллы времени выведут физику за границы четкой, однако пока что неидеальной квантовой механики, и проложат путь к наиболее величавой теории.

    «Я максимально заинтересован в фолиант, могу ли я предпринять вклад, следуя постулатам Эйнштейна», — разговаривает Ли. — «Он рассказывал, что квантовая механики является неполной».

    Ионное кольцо

    «Кристаллы времени» умеют перевернуть теоретическую физику

    Иллюстрация опыта с кольцом ионов в магнитной западне.

    В теории общей относительности Эйнштейна измерения места и времени сплетаются воедино — пространство-время. Однако в квантовой механике, которая отвечает за взаимодействие веществ на субатомном уровне, время представлено по другому — «тревожной, эстетически неприятной», по словам Закржевского.

    Разнообразные понятия об времени умеют быть одной из обстоятельств несовместимости общей теории относительности и квантовой механики. По последней мере один из этих двух частей обязан быть модифицирован, дабы предстало вероятным производство всеобъятной теории квантовой гравитации. Это же одна из главных намерений теоретической физики. Какое из осознаний времени будет верным?

    Ежели кристаллы времени умеют нарушать симметрию времени этаким же образом, как только нормальные кристаллы разрывают пространственную симметрию, «это будет твердить об фолиант, что в природе эти две величины, похоже, владеют симметричными качествами, а уж означает обязаны совершенно точно отражаться в теории. Означает, квантовая механика является неидеальной, и квантовым физикам придется анализировать время и место как только две нитки одной ткани.

    Команда Беркли будет пробовать выстроить кристаллы времени методом введения сотки ионов кальция в маленькую фотокамеру, окруженную электродами. Электромагнитное поле вгонитт ионы в западню шириной 100 микронов, приблизительно с человечий волос. Опосля ученым придется откалибровать электроды, дабы выровнять поле. Так как заряды отталкиваются, ионы распределятся умеренно по наружному краешку западни, образовав кристаллическое кольцо.

    На первых парах ионы будут вибрировать в возбужденном состоянии, однако диодные лазеры, вроде тамошних, что употребляются в DVD-проигрывателях, будут урезать них кинетическую энергию. По расчетам группы, ионное кольцо достигнет основного состояния, когда лазеры охладят ионы перед началом одной миллиардной градуса свыше абсолютного нуля. Такова температура длительное время существовала недостижима по причине нагревания электродов в западне, однако в сентябре возникла революционная разработка, которая в сто крат понизит термической фон западни. Это же конкретно тамошний фактор, который востребован исследователям.

    Потом исследователи включат статическое магнитное поле в западне, которое, ежели веровать теории, принудит ионы крутиться (при этом перед началом бесконечности). Ежели все пойдет по замыслу, ионы возвратятся к начальной точке спустя конкретный интервал времени, образовав часто периодическую во времени сетку и нарушив временную симметрию.

    Дабы узреть вращение кольца, ученые тронут один из ионов при помощи лазера, отлично поставив его в альтернативное электрическое состояние, хорошее от остальных 99 ионов. Выбранный ион будет оставаться колоритным и демонстрировать свое новое положение, в то время как только альтернативные будут затемняться вторым лазером.

    Ежели ярчайший ион будет обращаться с константной скоростью, ученые в первый раз продемонстрируют, что трансляционная симметрия времени возможно нарушена.

    «Это на деле перевернет наше понимание», — разговаривает Ли. Однако до этого мы обязаны обосновать, что это же работает».

    Пока что опыт и не прекратится фуррором, почти все физики будут настроены скептически.

    «Лично я думаю, что нереально найти движение в большей степени состоянии», — разговаривает Бруно. — «Они умеют вогнать кольцо ионов в тороидальную западню и поиграться с увлекательной физикой, однако они и не заметят, что них часики тикают всегда, как только они заявляют».

    Хотя, кто знает, может быть квантовая механика и не такова уж и неудачная.