Какво би станало, ако времето можеше да се вижда? Физици показаха времеви кристал, който може да се наблюдава с обикновен микроскоп
Представете си един елементарен кристал. Сол, елмаз, снежинка. Неговата същина е редът. Атомите са подредени в строга, повтаряща се решетка. Този модел разчупва хомогенността на пространството: тук – атом, а тук, до него – към този момент е празно. Физиците споделят, че кристалът непринудено нарушава пространствената симетричност.
Това е позната концепция. Ние живеем измежду такива кристали.
Сега си задайте следния въпрос: бихме ли могли да създадем конструкция, която да нарушава симетрията на времето по същия импровизиран метод? Материал, който от време на време ще се трансформира, ще пулсира, ще се развива по вътрешен цикъл без външен часовник или каквото и да било външно от време на време въздействие.
Това е времевият кристал. Концепцията, която преди 10 години изглеждаше като научна фантастика, през днешния ден придобива действителни характерности. И то не в екзотични квантови системи при свръхниски температури, а в субстанция, която може да бъде прегледана благодарение на елементарен микроскоп.
Схема на потребления оптичен микроскоп: линейно поляризирана светлина минава през стъклена клетка, чиито вътрешни повърхности на субстрата са покрити с фоточувствително багрило. Светлинните сигнали и пространствените модели се записват от камерата, откакто преминат през фазова пластина от първи ред и анализатор Какво в действителност е времевият кристал?
За да разберем същността на този теоретичен пробив, би трябвало да разберем един фундаментален принцип: симетрията на времевото изместване. Той гласи, че законите на физиката не се трансформират с времето. Един опит, извършен през днешния ден, на следващия ден ще даде същите резултати. Повечето системи в равновесие се подчиняват на това предписание. Една чаша с охлаждащ се чай няма да стартира ненадейно да се нагрява и охлажда непринудено в цикъл.
Времевият кристал е положение на материята, което нарушава тази симетричност. Спонтанно. Той минава в положение със лична вътрешна честота, необвързана с никакъв външен темп.
Важно е да се разбере: не става дума за махало или електронен часовник. Махалото се бута от нас, до момента в който часовникът се зарежда от батерия. Техният темп е резултат от външно влияние. Времевият кристал генерира своя темп от вътрешната страна, като самоорганизираща се система.
Доскоро сходни структури бяха следени единствено в комплицирани квантови системи. Но едно скорошно проучване демонстрира, че е допустимо да се отиде по-далеч и да се сътвори кристал, който по едно и също време нарушава симетрията в пространството и времето. Казано по-просто, допустимо е да се сътвори подредена конструкция, която в същото време ритмично пулсира.
Полето на шефа n(r) за CSTC в сеченията x-y (горе) и x-z (долу). n(r) е транслационно инвариантно по оста y, както е показано в напречното сечение x-y покрай долната повърхнина Рецепта за четири измерения: светлина, багра и течен кристал
И по този начин, по какъв начин да накараме материята да се държи по този метод? Оказва се, че няма потребност от ускорители на частици или криогенни уреди. Необходими са три съставния елемент:
Нематичен течен кристал. Това е вещество, чиито молекули са издължени и са склонни да се ориентират в една посока, само че остават преносими. Срещаме ги всеки ден в екраните на смарт телефоните и мониторите. Фоточувствително багрило. Специално вещество (азобензен), чиито молекули трансформират ориентацията си, когато са изложени на светлина с избрана поляризация. Постоянна, немигаща светлина. Това е основният миг. Системата не получава никакъв външен темп. Източникът на сила е непрекъснат и постоянен.Самият опит наподобява доста грациозен. Тънък пласт течен кристал се слага сред две стъклени плочи, покрити с една и съща багра. След това към тази структура се насочва непрекъсната поляризирана светлина. И тогава стартира най-интересното – стартира верижна реакция.
Светлината, преминаваща през горната плоча, кара молекулите на багрилото върху нея да се подредят по избран метод. Тези молекули на собствен ред дефинират ориентацията на прилежащите молекули на течния кристал. Този ред се предава през цялата дебелина на кристала към долната плоча.
Но преминавайки през пласта от течни кристали, самата светлина трансформира своята поляризация. В този миг тя попада върху долната плоча по друг метод. Тази изменена светлина кара молекулите на багрилото върху долната плоча да се въртят по друг метод. Това ново завъртане провокира вълна от промени назад през целия течен кристал към горната плоча.
Получава се непрестанен цикъл на противоположна връзка. Системата не може да откри устойчиво положение на покой и вместо това навлиза в режим на непрекъснати, ритмични съмнения. На микроскопично равнище това наподобява на бягащи линии – тримерен модел, който се движи и трансформира с ясна честота.
Това е пространствено-времевият кристал. Неговите градивни детайли не са атоми, а постоянни структурни недостатъци в ориентацията на молекулите, които физиците назовават топологични солитони. Тези недостатъци се държат като частици: те си взаимодействат, подреждат се в решетка и всички дружно „ дишат “ в един темп.
Пространствено-времево изображение на пробната реализация за премерване на относителната фаза във времето Защо това не са просто красиви преливания?
Звучи разумно, само че къде са доказателствата, че това е същински времеви кристал, а не просто комплициран оптичен резултат? Съществуват два строги критерия за идентифициране на тези системи. И тази система минава и през двата.
1. Спонтанно нарушение на симетрията. За да потвърдят, че ритъмът на кристала е негово вътрешно свойство, а не прикрит резултат на източника на светлина, учените организират елементарен тест. Те блокирали светлината за известно време, като разрешили на системата да „ не помни “ положението си. След това още веднъж присъединили светлината. Всеки път полученият модел от линии започвал придвижването си с случайна фаза. Той не се пробва да „ продължи “ от мястото, където е спрял. Това потвърждава, че системата сама избира началната точка на своя цикъл, а не се подчинява на външен сигнал.
2. Устойчивост и „ неотстъпчивост “. елементарният кристал е корав. Неговата решетка е мъчно да се унищожи. Един пространствено-времеви кристал би трябвало да има „ неотстъпчивост “ във времето. За да ревизират това, откривателите вкараха безпорядък в системата: накараха интензитета на светлината да се трансформира случайно. Въпреки тези разстройства кристалът резервира своята честота. Нещо повече, даже когато в структурата се появявали недостатъци – „ дислокации “ в пространство-времето – системата в последна сметка се самовъзстановявала, връщайки се към идеалния си темп.
Поляризационни оптични микрографии на безпорядъчните положения От физиката към технологиите
Появата на сходен контролируем и постоянен времеви кристал при стайна температура не е просто облекчаване на научното любознание. То отваря вратата към напълно нови технологии.
Динамична оптика. Възможно е да се основат лещи или дифракционни решетки, чиито параметри се трансформират във времето с дадена периодичност, което ще разреши да се манипулират светлинните лъчи по невиждани до момента способи. Борба с подправянето. Подобен кристал може да се употребява като „ времеви воден знак “. За разлика от статичното изображение, той не може да бъде заимствуван, тъй като достоверността му се дефинира от неговия неповторим, жив темп. Пренос на информация. Светлината, преминаваща през сходен кристал, се модулира от неговата конструкция. Това открива опция за шифроване на информация освен в пространствените характерности на лъча, само че и във времевата му динамичност.Свикнали сме да мислим за материалите като за нещо статично. Но тази работа демонстрира, че материята може да има свое лично вътрешно време, своя лична пулсация. Ние сме на прага на епоха, в която ще бъде допустимо да се проектират материали, които не просто съществуват, а живеят – структурирани и настоящи в четири измерения.
Доскоро времевият кристал беше единствено чисто теоретична идея от квантовата физика. Той е положение на материята, което се повтаря в пространството и времето. Ето че в този момент учените съумяха да основат и, което е по-важно, да следят подобен кристал с елементарен микроскоп. Това е теоретичен пробив, който може да ни помогне да разберем по-добре природата на времето, както и да се основат напълно нов тип материали с непознати до момента свойства.
