|
Описали истинные кристаллы времени
|
|
|
|
В 2012 году нобелевский лауреат Фрэнк Вильчек поставил перед учеными новый фундаментальный вопрос, вытекающий из теории относительности Эйнштейна — могут ли существовать структуры, которые нарушают трансляционную симметрию во времени? Он назвал их «квантовыми кристаллами времени». В физике понятие «кристалл» отличается от привычного значения этого слова. Для ученых кристалл — твердое тело, имеющее кристаллическую решетку. Атомы и молекулы в жидких и газообразных телах, не имеющих кристаллической решетки, можно сместить на любое расстояние, и система перейдет сама в себя, то есть останется неизменной. Это называется трансляционной симметрией.
|
|
|
|
Кристаллы ведут себя иначе — их атомы нельзя подвинуть на расстояние чуть меньшее, чем расстояние, которое в нормальном состоянии разделяет два атома, иначе структура не совместится сама с собой, присутствует дальний порядок. Это называется нарушением трансляционной симметрии. Согласно теории относительности Эйнштейна пространство и время прочно увязаны между собой и могут использоваться в физических теориях относительно равноправно. Следовательно, если существуют тела, нарушающие трансляционную симметрию в пространстве, то должны существовать такие же структуры, которые бы нарушали ее и во времени.
|
|
|
«Идея, которую предложил Вильчек, не была жестко оформлена, — поясняет соавтор исследования, аспирант Университета ИТМО Валерий Козин, — два японских ученых эту идею формализовали, проанализировали и пришли к выводу, что таких объектов в принципе не может быть в реалистичных системах, где взаимодействия между атомами происходят на достаточно коротких расстояниях. То есть два атома, находящиеся рядом, взаимодействуют, а два атома, находящиеся далеко, даже не «чувствуют» друг друга».
|
|
|
|
В 2014 году был предложен компромисс — группа ученых заморозила систему атомов до температуры близкой к абсолютному нулю и начала раз в наносекунду (условно) менять магнитное поле, которое воздействует на нее. По идее намагниченность пойманных атомов должна была меняться раз в наносекунду. Однако ученым этот принцип удалось «сломать»: вектор намагниченности системы менялся не раз в наносекунду, а раз в две наносекунды. Это было названо дискретными кристаллами времени. Но это не решило главный вопрос — возможны ли истинные кристаллы времени, меняющие корреляцию намагниченности не под действием внешних сил в определяемый воздействием промежуток времени, а сами по себе.
|
|
|
|
Ученые из Университета ИТМО решили проверить, действительно ли невозможно даже теоретически представить истинный кристалл времени. «Мы предложили такую систему, которая нарушает трансляционную симметрию во времени за счет нелокальных взаимодействий, — поясняет Козин, — мы рассмотрели такую систему, в которой один кусочек может напрямую влиять на очень отдаленные ее кусочки. То есть атомы в системе влияли не только на соседние, но и на все атомы в системе разом, в привычном мире такого быть не может, но ученые уже создавали системы, где такие взаимодействия работают».
|
|
|
|
Статья опубликована в журнале Physical Review Letters. В этих условиях материал в теории может иметь кристаллическую решетку и периодически менять свои свойства, к примеру, намагниченность, спонтанно нарушая трансляционную симметрию во времени. Таким образом, идею нобелевского лауреата удалось подтвердить, хотя ранее считалось, что это невозможно.
|
|
|
|
Источник
|
