Создан темпоральный кристалл. Что он принесет человечеству?

23 мар 2022 · 17:19

Летом 2021 года инженерам удалось получить новое состояние материи - так называемый кристалл времени, само существование которого, как кажется, противоречит известным человечеству фундаментальным законам физики.

Столь смелое заявление еще должно пройти независимую экспертизу.

Кристаллы времени могут сыграть важнейшую роль в создании квантовых компьютеров - настолько быстрых и мощных, что они смогут за считанные минуты решать задачи, на которые у современных процессоров ушли бы тысячелетия.

Кстати, кристалл времени был создан внутри самого мощного на сегодняшний день квантового компьютера, Google Sycamore.

"Это открытие настолько революционно, что в полной мере осознать его важность мы пока еще даже не в состоянии".

Как это работает?

Со школьной скамьи всем известны три основные состояния вещества: твердое, жидкое и газообразное. Они могут переходить одно в другое и значительно отличаются друг от друга.

Однако известны и более экзотические состояния материи. Например, плазма, благодаря которой массивные мониторы стали плоскими.

В естественных условиях на Земле плазма представлена в виде молний и северного сияния. В то же время в видимой Вселенной на нее приходится 99,9% всего вещества.

Не так давно ученым удалось получить сверхтекучие квантовые жидкости (например, жидкий гелий).

Кристалл времени - одно из таких экзотических состояний.

В отличие от жидкостей и газов, где частицы находятся в постоянном движении, периодически сталкиваясь между собой, кристалл - твердое тело. Его атомы связаны между собой и расположены в строгой последовательности, на одинаковом расстоянии друг от друга.

kissclipart-crystal-structure-clipart-crystal-structure-d338419d9cd8b33c.jpg 202.59 KB

Его структура напоминает кубик Рубика.

Жидкости и газы с любой стороны выглядят одинаково, их форма не меняется в зависимости от угла зрения. Это называют пространственной симметрией.

Восприятие твердых предметов, в том числе и кристаллов, напрямую зависит от точки, с которой за ними наблюдают. В них пространственная симметрия нарушена.

Но современная физика утверждает, что кроме трех пространственных измерений существует еще и четвертое – время.

Исходя из этого постулата в 2012 году, Нобелевский лауреат Фрэнк Вильчек выдвинул гипотезу, что можно создать такой кристалл, атомы которого будут симметричны, но не в пространстве, а во времени.

Они будут периодически возвращаться в изначальное положение.

В ходе вычислений Вильчек доказал, что возможна такая кристаллическая решетка, в которой атомы при одинаковом воздействии будут возвращаться в свое исходное состояние каждый второй раз.

Представьте себе коробку в которой насыпаны монеты. Все они лежат орлом вверх. Вот вы её встряхиваете, и все монеты переворачиваются решкой. Еще одно встряхивание, монеты - орлом.

Повторяющееся действие каждый раз одно и то же, а его результат одинаковый через раз. Ученые говорят, что в данном случае нарушена симметрия времени. Именно это - определяющее свойство темпоральных кристаллов.

В случае с темпоральным кристаллом монеты – атомы, орел или решка – их состояние, а «встряхивание коробки» - любое повторяющееся воздействие (как вариант - облучение лазером).

Почему это называют революцией в физике?

Кристалл времени как физический объект нарушает установленные основополагающие законы физики:

Во-первых - он меняет свое состояние, не затрачивая при этом энергии (от слова совсем). При облучении его лазером, кристалл переходит из одного состояния в другое, и обратно не задерживая ни кванта энергии (энергия лазера ему просто не передается, действует как катализатор).

Во-вторых – если вернуться к аналогии с монетами (для темпорального кристалла она самая верная) то получается, что все его атомы (монеты) одновременно, и ОДИНАКОВО, меняют свое состояние (либо орел, либо решка у всех без исключения). А такое, по современным представлениям просто не возможно. Ведь если они действуют синхронно, то получается, что между ними есть связь, о которой современная наука еще просто не знает.

В-третьих - энергия темпорального кристалла остается неизменной без всякой подпитки извне, поэтому в теории, в полностью изолированной системе, он может переходить из одного состояния в другое бесконечно. А это сильно напоминает вечный двигатель, существование которого современная наука признала невозможным еще в XVIII веке.

Однако, по словам ученых все эти свойства не главное:

"Кристаллы времени - явление настолько удивительное, что заслуживает изучения само по себе, безо всякой практической цели. Нам ведь так мало известно о состояниях, в которых вещество может выходить за пределы температурного равновесия".

Как бы то ни было, еще в 2017 году многими теоретиками факт возможности существования подобного вещества категорически отвергался, а сегодня кристаллы времени планируют использовать на практике.

Это наталкивает на мысль о несостоятельности современной теоретической физики. И вселяет в нас надежду на то, что бескрайние просторы непознанного (хотя бы их малая часть) приоткроются перед нами в самом ближайшем будущем.