Часові кристали зазвичай асоціюються з квантовою фізикою, надскладними установками та лабораторіями майбутнього. Але вчені з Нью-Йоркського університету довели: щоб побачити одну з найдивніших форм матерії, іноді достатньо… пінопласту та звуку.
Команда фізиків несподівано створила класичний часовий кристал, використавши масив динаміків і крихітні кульки зі стиропору. Без лазерів, без квантових комп’ютерів і без надточних годинників.
Що таке часовий кристал — простими словами
Звичайний кристал — це структура, яка повторюється в просторі. Наприклад, у солі чи алмазі атоми розташовані в чіткій решітці, яка нескінченно дублюється в усіх напрямках.
Часовий кристал працює інакше. Він повторюється не в просторі, а в часі. Це означає, що система починає коливатися за власним внутрішнім ритмом, який не нав’язаний ззовні. Ніби маятник, який рухається сам по собі — без підштовхування й без «тикання» годинника. Саме це й робить часові кристали такими загадковими: вони порушують звичне уявлення про симетрію часу.
Випадкове відкриття з гучним звуком
Фізики Девід Ґрієр, Міа Моррелл і Ліла Елліотт не планували створювати часовий кристал. Вони досліджували нерівноважні (нереципрокні) взаємодії — ситуації, коли один об’єкт впливає на інший сильніше, ніж отримує вплив у відповідь.
Для цього ідеально підходять крихітні кульки з пінопласту — легкі, але достатньо міцні. Їх можна утримувати в повітрі за допомогою стоячої звукової хвилі, створеної динаміками.
Коли дві такі кульки «висять» у звуковому полі, вони починають взаємодіяти не напряму, а через звук, який від них відбивається. Якщо одна кулька трохи більша, вона сильніше спотворює звукову хвилю — і виникає асиметрія сил.
Саме в цей момент дослідники помітили щось дивне.
Коливання, які не зупиняються
За певних умов дві кульки почали ритмічно рухатися, утворюючи стабільний часовий візерунок. Ніхто їх не рухав, не струшував і не задавав ритм. Коливання виникли самі — і могли тривати годинами, не розпадаючись і не затухаючи.
Фактично, це мінімально можливий часовий кристал — система лише з двох частинок. На думку дослідників, це один із найчистіших прикладів класичного часового кристалу, який будь-коли вдавалося спостерігати в лабораторії.
Навіщо це потрібно
Практичного застосування поки що немає — і вчені цього не приховують. Але відкриття важливе з кількох причин:
- воно показує, що екзотичні стани матерії не обов’язково є квантовими;
- дає новий інструмент для вивчення нереципрокних взаємодій у великих, видимих системах;
- натякає, що подібні принципи можуть існувати навіть у біології, де асиметричні взаємодії зустрічаються досить часто.
І, мабуть, найприємніше — для цього не потрібне наддороге обладнання. Іноді, щоб заглянути в фундаментальні закони Всесвіту, вистачає пінопласту, динаміків і трішки цікавості.
Результати дослідження опубліковані в журналі Physical Review Letters.