Эксперты называют это открытие настолько революционным, что “мы пока еще даже не в состоянии полностью осознать его важность”.

Так что такое кристалл времени?

Всем известны три основные состояния вещества: твердое, жидкое и газообразное. Они существенно отличаются физическими свойствами, но могут переходить одно в другое при необходимых условиях – давлении и температуре.

Однако этими тремя Вселенная не ограничивается. Ученым известны и другие, более экзотические состояния материи. Например, плазма, которая помогла нам заменить громоздкие телевизоры на мониторы с плоским экраном. В естественных условиях на Земле плазму можно наблюдать в основном в виде молний и северного сияния, хотя во Вселенной на нее приходится 99,9% всего привычного нам вещества.

За последние сто лет в лабораторных условиях удалось получить сверхтекучие квантовые жидкости (например, жидкий гелий), а также вырожденное вещество, бозе-эйнштейновский конденсат и т.д.

Темпоральный кристалл – одно из таких экзотических состояний. И, чтобы понять его природу, для начала нужно вспомнить, что такое обычный кристалл – будь то драгоценный алмаз или простой лед.

В отличие от жидкостей и газов, где частицы находятся в постоянном движении, периодически сталкиваясь между собой, кристалл – твердое тело. Его атомы (или молекулы) связаны между собой и расположены в строгой повторяющейся последовательности, на одинаковом расстоянии друг от друга, как углы клеток на шахматной доске. Впрочем, клетки плоские, а кристалл объемный – так что его структура напоминает скорее кубик Рубика.

В жидком и газообразном состоянии вещество выглядит одинаково со всех сторон. Физики называют это явление пространственной симметрией. А вот внешний вид твердых предметов зависит от угла зрения. поэтому ученые говорят, что в кристаллах нарушена симметрия пространства.

Однако теория относительности утверждает, что у Вселенной есть еще и четвертое измерение – время. Поэтому в 2012 году американский физик и лауреат Нобелевской премии Фрэнк Вильчек предположил, что атомы кристалла могут точно так же располагаться в повторяющейся последовательности, на одинаковом удалении друг от друга – но не в пространстве, а во времени, периодически возвращаясь в изначальное положение.

Представьте, что вы насыпали в коробку горсть монет и аккуратно выложили каждую орлом кверху. Потом эту коробку хорошенько потрясли, открыли – и увидели, что монеты внутри перевернулись, причем перевернулись одинаково: теперь все до единой лежат кверху решкой.

Потрясли еще раз – снова везде орел; еще – опять только решка, и так далее. Система словно запоминает, в каком состоянии находилась изначально – и возвращается к нему вновь и вновь, после каждого четного изменения. А после каждого нечетного – меняет это состояние на противоположное.

Поскольку повторяющееся действие одно и то же, а его результат повторяется через раз, ученые говорят, что в данном случае нарушена симметрия времени. Именно это – определяющее свойство темпоральных кристаллов.

Монеты в данном случае – это элементарные частицы, из которых состоит кристалл (как шарики на картинке выше). Орел и решка – их квантовые состояния, а “потряхивание коробки” – любое периодически повторяющееся воздействие (например, облучение кристалла лазером). Вильчек рассчитал, возможно ли такое в теории – и математические формулы сошлись, подтверждая его правоту.

И хотя через несколько лет в опубликованных расчетах нобелевского лауреата были обнаружены неточности, эксперименты по созданию кристаллов времени продолжились – и, кажется, увенчались успехом.

Почему открытие кристалла времени называют революцией в науке и другие интересные детали можете прочитать в полной статье тут.