(Изображение предоставлено: Getty Images)
автор: Бен Тернер
Видимые узоры, создаваемые кристаллами времени, могут быть использованы для хранения данных и в конструкциях, защищающих от подделок.
Ученые разработали первые в истории кристаллы времени, которые можно увидеть невооруженным глазом. Однажды они могут появиться на стодолларовых купюрах. Кристаллы времени возникают из изломов, которые появляются при освещении жидких кристаллов светом — такие же, как те, что находятся внутри ЖК-экранов.
В отличие от кристаллов прошлого, эти «психоделические тигриные полосы» видимы, говорится в заявлении исследователей . Это открывает учёным новые возможности для изучения этой странной фазы материи , а также имеет ряд практических применений: от телекоммуникаций до разработки систем защиты от подделок и хранения данных. Исследователи опубликовали свои выводы 4 сентября в журнале Nature Materials .
«Их можно наблюдать непосредственно под микроскопом, а при особых условиях даже невооруженным глазом», — говорится в заявлении ведущего автора исследования Ханьцина Чжао , аспиранта физического факультета Университета Колорадо в Боулдере. Впервые предложенные в 2012 году лауреатом Нобелевской премии по физике Фрэнком Вильчеком , кристаллы времени представляют собой группы частиц, повторяющиеся во времени, подобно тому, как другие кристаллы повторяются в пространстве. Это поведение интригует физиков — физические законы полностью симметричны в пространстве и, в основном, во времени, что приводит к результатам, которые одинаковы независимо от их направления в пространстве или времени. Однако кристаллы нарушают эту симметрию, выстраиваясь в определённом пространственном направлении. Это означает, что, несмотря на то, что физические законы сохраняют свою основополагающую симметрию, эти законы приводят к разным результатам для кристаллов в зависимости от направления их воздействия. И подобно тому, как кристаллы нарушают симметрию в пространстве, кристаллы времени нарушают её во времени. Они существуют в минимально возможной энергии, допускаемой квантовой механикой , и колеблются между двумя состояниями без замедления. Эти замечательные свойства привели к утверждениям, что кристаллы времени – это вечные двигатели, нарушающие второй закон термодинамики , но это не так . Кристаллы, приводимые в движение фотонами, или частицами света, не могут терять или приобретать энергию; падающий на них свет лишь заставляет их повторять цикл смены двух состояний.
После предложения Вильчека физики создали и изучили кристаллы времени внутри алмазов, квантовых компьютеров и атомов рубидия, возбуждённых до размеров, в сотни раз превышающих их типичные размеры . Однако эти кристаллы невозможно увидеть напрямую, вместо этого их изучают посредством флуктуаций лазерного света. Чтобы создать видимые кристаллы времени, исследователи, проводившие новое исследование, поместили жидкие кристаллы — стержнеобразные молекулы, которые ведут себя одновременно как твёрдые тела и как жидкости, — между двумя покрытыми красителем стеклянными пластинами. При правильном сжатии эти молекулы образуют изгибы, которые могут двигаться и даже вести себя как атомы. «Эти искривления возникают, и их нелегко устранить», — заявил соавтор исследования Иван Смалюх , профессор физики в Университете Колорадо в Боулдере. «Они ведут себя как частицы и начинают взаимодействовать друг с другом».
Подсвечивая стеклянные кусочки светом, учёные заставляли покрывающие их молекулы красителя смещаться и, в свою очередь, сжимать жидкие кристаллы, образуя тысячи новых перегибов, которые перемещались по раствору, взаимодействуя регулярно с течением времени. Даже когда исследователи повышали или понижали температуру, движение перегибов оставалось неизменным. «Всё рождается из ничего», — сказал Смалюх. «Достаточно посветить, и возникнет целый мир кристаллов времени». Помимо достижений фундаментальной физики, исследователи утверждают, что их новая система может в будущем стать основой для создания «водяных знаков времени», чёткие узоры которых значительно усложнят подделку купюр высокого номинала. Наложение кристаллов друг на друга может также создавать ещё более сложные узоры, способные хранить большие объёмы данных. «Мы не хотим сейчас ограничивать количество приложений», — сказал Смалюх. «Я думаю, что есть возможности для развития этой технологии в самых разных направлениях». «Мы не хотим сейчас ограничивать количество приложений», — сказал Смалюх. «Я думаю, что есть возможности для развития этой технологии в самых разных направлениях».
СВЯЗАННЫЕ ИСТОРИИ
— Физики связали два кристалла времени в, казалось бы, невозможном эксперименте