"Кристаллы времени" и правда существуют

"Кристаллы времени" и правда существуют

Недавно группа американских физиков смогла сконструировать так называемый "кристалл времени" — структуру, возможность существования которой была предсказана уже давно. Особенностью кристалла является способность периодически становиться асимметричным не только в пространстве, но и во времени. Поэтому из него можно сделать сверхточный хронометр.

Кристаллы — вообще весьма парадоксальные образования. Взять хотя бы их отношения с симметрией: как мы знаем, сам по себе кристалл, если судить по его внешнему виду, можно считать просто образцом пространственной симметрии. Однако процесс кристаллизации есть не что иное, как ее злостное нарушение.

Это очень хорошо иллюстрирует пример образования кристаллов в растворе, например, каких-нибудь солей. Если проанализировать данный процесс с самого начала, то будет видно, что в самом растворе частицы расположены хаотично, и вся система находится на минимальном энергетическом уровне. Однако взаимодействия между частицами симметричны относительно поворотов и сдвигов. Однако после того, как жидкость кристаллизовалась, возникает состояние, в котором обе эти симметрии оказываются нарушенными.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что взаимодействие между частицами в получившемся кристалле совсем не симметрично. Из этого вытекает ряд важнейших свойств кристаллов — например, эти структуры, в отличие от жидкости или газа, по-разному проводят электрический ток или тепло в различных направлениях (могут проводить на север, а на юг — нет). В физике данное свойство называется анизотропией. Эта кристаллическая анизотропия уже давно используется человеком в различных отраслях, например, в электронике.

Еще одним интересным свойством кристаллов является то, что он, как система, всегда находится на минимальном энергетическом уровне. Что самое любопытное, он намного ниже, чем, например, в растворе, который "породил" кристалл. Можно сказать, что для того, чтобы получить данные структуры, нужно "отнимать" энергию у исходного субстрата.

Итак, при образовании кристалла происходит понижение энергетического уровня системы и нарушение исходной пространственной симметрии. А не так давно два физика из США, Ал Шэпир и Фрэнк Вильчек (кстати, нобелевский лауреат), задумались, возможно ли существование так называемого "четырехмерного" кристалла, где нарушение симметрии происходило бы не только в пространстве, но и во времени.

С помощью сложных математических выкладок ученые смогли доказать, что это вполне возможно. В итоге получилась система, существующая, как и реальный кристалл, на минимальном энергетическом уровне. Но самое интересное заключается в том, что она за счет образования определенных периодических структур не в пространстве, а во времени приходила бы к несимметричному конечному состоянию. Авторы работы назвали такую систему очень торжественно — "кристаллом времени".

Через некоторое время группа физиков-экспериментаторов во главе с профессором Чжан Сяном из Университета Калифорнии (США) решила создать такую систему уже не на бумаге, а в реальности. Ученые создали облако ионов бериллия, после чего "заперли" его в круговом электромагнитном поле. Поскольку электростатическое отталкивание одинаково заряженных ионов друг от друга заставляет их распределяться по кругу равномерно, исследователи, по сути дела, получили газообразный кристалл. И пока характеристики поля были неизменными, то состояние системы, по идее, тоже не должно было меняться.

В то же время расчеты, а затем и наблюдения показали, что это самое ионное кольцо не будет неподвижным. Газообразный кристалл постоянно вращался, и взаимодействия ионов при этом были то симметричными, то нет. Все это наблюдалось даже тогда, когда кристалл охладили практически до абсолютного нуля. Таким образом, эта структура действительно является "кристаллом времени": она проявляет свойства периодичности и асимметрии как в пространстве, так и во времени.

Любопытно, что неспешно вращающееся кольцо ионов, сконструированное группой профессора Чжана, вызвало у многих неспециалистов ассоциацию с вечным двигателем. Конечно, газовый кристалл внешне похож на perpetum mobile, однако на самом деле таковым не является. Ведь эта система не может совершить никакой работы, так как все ее составляющие находятся на одном энергетическом уровне (к тому же, минимальном). А согласно второму закону термодинамики, работа возможна лишь в той системе, составляющие которой находятся минимум на двух энергетических уровнях.

В то же время это вовсе не значит, что "кристалл времени" никак нельзя использовать для практических нужд. Профессор Чжан убежден, что на его основе можно сконструировать, например, сверхточный хронометр. Ведь переход от симметрии к асимметрии имеет ярко выраженную периодичность. Пока же профессор и его коллеги хотят заняться более детальным изучением свойств созданной ими замечательной структуры…

Источник: golosscience.com

Похожие новости:
Раскрыта природа светящихся колец в атмосфере Земли
Ученые из Университета штата Огайо создали лед с почти идеальной кубической решеткой и получили рентгеноструктурное изображение кристаллов. Дифракционная картина, показывающая, как рассеивается падающее на лед излучение, напоминает явление гало — светящиеся концентрические кольца в небе. Исследователи пришли к выводу, что атмосферный ..
2017-07-14 18417 0 Разное, интересное
0
Скелеты мамонтов нашли в угольном карьере
Крупное захоронение мамонтов обнаружили в Сербии на площадке по разработке угля, которая находится недалеко от города Костолац, примерно в 100 километрах от Белграда. Археологи говорят, что находка стала для ученых полной неожиданностью. [Миомир Корац, глава археологического проекта Viminacium]:«Через каждые 30 метров мы находили ..
2012-06-29 2437 0 Разное, интересное
0
Робот-астронавт Киробо рассказал, какой подарок хочет на Рождество
Японский говорящий робот Киробо выполнил свою первую миссию на МКС – пообщался с астронавтом Коичи Вакатой. Видео диалога обнародовало Японское космическое агентство. Робот рассказал человеку о своих ощущениях от пребывания в космосе, сообщил, что рад знакомству с Вакатой, и даже ..
2013-12-21 1978 0 Разное, интересное
0
В древнюю гробницу правителя майя вошли археологи
Археологи впервые смогли войти в древнюю гробницу одного из правителей цивилизации майя. Нога человека не ступала сюда более тысячи лет. Внутри исследователи обнаружили искусно выполненные на стенах красные фрески, керамические изделия и элементы погребального савана. [Арнольдо ..
2012-09-17 2469 0 Разное, интересное
0
Историю "Яндекса" превратят в художественный фильм
Про создателей "Яндекса" — крупнейшей поисковой системы в Рунете — снимут фильм. Сценарий к новой ленте напишет Дмитрий Соболев ("Остров", "Перемирие"), а кресло режиссера займет Роман Каримов ("Неадекватные люди"). Фильм имеет рабочее название "Стартап", ..
2012-08-20 2188 0 Разное, интересное
0
Ученые записали на камеру рождение минерала
Ученые записали на видео, в реальном времени, зарождение кристаллов из нескольких молекул карбоната кальция (CaCO3). Это химическое вещество является главным компонентом известняка, мрамора, мела, кораллов, раковин и жемчужин, а также крупнейшим источником углерода на планете. Новое исследование ..
2014-09-07 1629 0 Разное, интересное
0
Учёные обнаружили мамонта с жидкой кровью
В Сибири, в районах вечной мерзлоты, российские ученые обнаружили тушу мамонта с хорошо сохранившейся жидкой кровью и мышечными тканями. Члены экспедиции якутского Северо-восточного федерального университета и Русского географического общества вели свои исследования на острове Малый Ляховский. Результатом стала ..
2013-06-2 2529 0 Разное, интересное
0
Таинственная "гуглобаржа" оказалась шоу-румом Google X
Журналисты выяснили назначение загадочной баржи Google, пришвартованной к причалу в заливе Сан-Франциско (штат Калифорния). Как передает телеканал KPIX, судно будет служить выставочным залом для спецпроектов компании и продуктов, разработанных внутри лаборатории Google X. Проект готовят уже больше ..
2013-11-2 1650 0 Разное, интересное
0
В Украине может измениться климат
От умеренно-континентального к субтропическому. В Гидрометцентре прогнозируют изменение климата в Украине. Среднегодовая температура растет, и количество дней, когда отметка термометра превысит 30°С, будет увеличиваться. В стране объявлен наивысший уровень пожароопасности, запрещено посещать леса. Вместе с тем небывалая жара ..
2012-08-8 1929 0 Разное, интересное
0
В Сети начали сбор денег на костюм "Железного человека"
Фантазии голливудских сказочников не дают покоя не только американским военным, решившим одеть в костюм "Железного человека" из одноименного фильма спецназ. В Сети начат сбор средств на производство "брони", в точности повторяющей боевое облачение Тони Старка. Правда, пластмассовой. Чтобы ..
2013-12-19 3312 0 Разное, интересное
0
Билл Гейтс дал денег на "мочевую зарядку" для смартфонов
Благотворительный Фонд Билла и Мелинды Гейтс продолжает работать над улучшением санитарных условий в странах третьего мира, особенно там, где у населения нет доступа к чистой воде. Значительная часть усилий была сфокусирована на инновациях, касающихся конструкции туалетов. Кроме того, ..
2013-12-24 1804 0 Разное, интересное
0
"УМНИК" создаст инновационное предприятие
Наука и бизнес могут и должны развиваться вместе. Так считают организаторы и участники 4-го молодёжного инновационного конкурса по программе "УМНИК". Биомедицинские технологии, разработки в области физики, лесной и горной промышленности, IT-технологии: все эти сферы пополнились инновационными проектами. Их авторы – молодые ..
2012-12-5 1861 0 Разное, интересное
0
Новый робот-динозавр узнаёт лица и чувства
Этот обаятельный малыш по имени Плео - одна из главных новинок выставки информационных технологий GITEX, проходящей в Дубае. Он воплощает в себе лучшие достижения в сфере робототехники и электроники. [Имран Кхан, представитель компании-разработчика]:  «В нем есть около 38 датчиков, которые могут определить ..
2012-10-22 2085 0 Разное, интересное
0
Артефакты майя нашли при строительстве дороги
Мексиканские археологи обнаружили захоронения периода цивилизации майя возрастом 1200 лет. Находка была сделана близ древнего города Чичен-Ица на юге Мексики. Обнаружили древние могилы случайно - во время работ по расширению автомобильной трассы. В руки учёных попало, по меньшей ..
2013-01-21 2701 0 Разное, интересное
-1
Крупнейшая выставка роботов стала ещё больше
Самая большая в мире выставка роботов стала ещё больше. На этой неделе в Токио начала работу экспозиция, на которой раз в два года свои новинки в области робототехники представляют сотни компаний. В этот раз она пополнилась предложениями из сферы промышленности и здравоохранения. Всего приехало 334 компании. ..
2013-11-8 2006 0 Разное, интересное
0