„Kryształy czasu” mogą zrewolucjonizować fizykę teoretyczną. Komentarz jiajii

MOSKWA, 7 października – RIA Nowosti. Jak wynika z artykułu opublikowanego w elektronicznej bibliotece arXiv.org, po raz pierwszy amerykańskim naukowcom udało się stworzyć egzotyczną strukturę - tak zwany „kryształ czasu”, wewnątrz którego czas płynie nie w sposób ciągły, ale swoistymi „krokami”.

Kryształy czasu to niezwykłe struktury, których istnienie przepowiedział w lutym 2012 roku laureat Nagrody Nobla Frank Wilczek. Ich główną właściwością jest to, że prawa fizyki będą się w nich zachowywać w szczególny sposób, powodując powstanie niezwykłych struktur okresowych nie w przestrzeni, jak w zwykłych kryształach, ale w czasie.

Prawie wszystkie prawa fizyczne w normalnych warunkach działają tak samo w dowolnym momencie. Wzory opisujące procesy fizyczne nie zmieniają się przy przesunięciu czasu do tyłu lub do przodu o dowolną wartość. Cztery lata temu Wilczek zasugerował, że tę zasadę – tzw. jednorodność czasu – można naruszyć wewnątrz egzotycznie ułożonej materii, której utrzymanie wymaga najmniejszej ilości energii.

Fizycy sprawili, że światło wewnątrz chipa poruszało się tylko w jednym kierunkuDuńscy fizycy opracowali swego rodzaju „jednokierunkową drogę” dla cząstek lekkich, po której mogą poruszać się tylko w jednym kierunku, co umożliwi w niedalekiej przyszłości tworzenie diod świetlnych, tranzystorów i innych elementów urządzeń i sieci komputerowych .

Obserwując taki kryształ będzie nam się wydawało, że się porusza, chociaż w rzeczywistości będzie w stanie absolutnego spoczynku. Jego „ruch” składałby się z dyskretnych elementów powtarzających się w czasie, podobnie jak cząstki materii w zwykłych kryształach, co skłoniło Wilczka do nazwania tej formy materii „kryształem czasu”.

Wielu naukowców wątpiło, czy taka forma materii w zasadzie może istnieć, gdyż ingerowałyby w nią prawa mechaniki kwantowej, jednak Jiehang Zhang z University of Maryland w College Park (USA) wraz ze współpracownikami znalazł sposób na ominięcie tych ograniczeń i po raz pierwszy widzę podobny kryształ. W tym celu stworzyli układ kwantowy, który znajduje się w ciągłym stanie niestabilności i zmienia się w czasie.

Kwantowy kryształ czasu stworzony przez Zhanga i jego współpracowników to zbiór jonów iterbu schłodzonych do temperatury bliskiej zera absolutnego i ułożonych względem siebie w taki sposób, że ich spiny stale oddziałują, przełączając się „na zmianę”.

Oddziaływania te prowadzą do tego, że atomy metali ziem rzadkich faktycznie przestają zachowywać się jak obiekty kwantowe i są zlokalizowane – stają się wyraźnie widoczne – w określonym punkcie przestrzeni, a nie pozostają w formie „rozmazanej”, jak „normalni” mieszkańcy świat kwantowy.
Zmieniając spiny tych atomów za pomocą lasera, amerykańscy naukowcy zauważyli coś niezwykłego - jakiś czas po manipulacjach częstotliwość „przełączania” spinów nagle wzrosła dwukrotnie.

Fizyk: Wyciśnięte światło pomoże LIGO przekroczyć granicę kwantowąZastosowanie tzw. „ściśniętego światła” pozwoli zwiększyć czułość obserwatorium grawitacyjnego LIGO i pozwoli ominąć podstawowe ograniczenia dokładności pomiarów narzucane przez prawa mechaniki kwantowej.

Ponieważ atomy nie wchodziły w inne interakcje ze światem zewnętrznym, a naukowcy nie ingerowali w ich pracę, takie zachowanie, zdaniem Zhanga i jego współpracowników, można wytłumaczyć jedynie faktem, że struktura ta jest kryształem czasu, w którym jednorodność czasu jest naruszony. Potwierdza to fakt, że jakiekolwiek manipulacje laserem nie powodowały zmiany częstotliwości „przełączania” w samym krysztale – była ona zawsze taka sama, pomimo zwiększania lub zmniejszania częstotliwości przełączania spinu lasera.

Naukowcy uważają, że takie struktury można wykorzystać do tworzenia pamięci kwantowych i szeregu innych ezoterycznych urządzeń, przyznają jednak, że wielu naukowców będzie chciało najpierw dwukrotnie sprawdzić swoje odkrycia, zanim pomyśli o możliwych zastosowaniach praktycznych.

Niedawno grupie amerykańskich fizyków udało się skonstruować tzw. „kryształ czasu” – strukturę, której istnienie przewidywano od dawna.

Cechą kryształu jest zdolność do okresowego stania się asymetrycznym nie tylko w przestrzeni, ale także w czasie. Dlatego można z niego wykonać ultraprecyzyjny chronometr.

Kryształy są na ogół formacjami bardzo paradoksalnymi. Weźmy ich związek z symetrią: jak wiemy, sam kryształ, sądząc po jego wyglądzie, można uznać po prostu za przykład symetrii przestrzennej. Jednak proces krystalizacji to nic innego jak jego złośliwe naruszenie.

Bardzo dobrze ilustruje to przykład tworzenia się kryształów w roztworze, na przykład niektórych soli. Jeśli przeanalizujemy ten proces od samego początku, stanie się jasne, że w samym roztworze cząstki są rozmieszczone chaotycznie, a cały układ znajduje się na minimalnym poziomie energii. Jednakże interakcje między cząstkami są symetryczne pod względem rotacji i translacji. Jednak po skrystalizowaniu cieczy następuje stan, w którym obie te symetrie zostają złamane.

Możemy zatem stwierdzić, że oddziaływanie między cząstkami w powstałym krysztale wcale nie jest symetryczne. Wynika z tego szereg ważnych właściwości kryształów - np. struktury te w przeciwieństwie do cieczy czy gazu przewodzą prąd elektryczny lub ciepło w różny sposób w różnych kierunkach (mogą przewodzić na północ, ale nie na południe). W fizyce ta właściwość nazywa się anizotropią. Ta krystaliczna anizotropia jest od dawna wykorzystywana przez ludzi w różnych gałęziach przemysłu, takich jak elektronika.

Inną interesującą właściwością kryształów jest to, że jako system zawsze znajdują się na minimalnym poziomie energii. Co najciekawsze, jest ona znacznie niższa niż np. w roztworze, z którego „rodził się” kryształ. Można powiedzieć, że aby otrzymać te struktury należy „odebrać” energię z pierwotnego podłoża.

Zatem podczas tworzenia kryształu poziom energii układu maleje i pierwotna symetria przestrzenna zostaje zerwana. A nie tak dawno temu dwaj fizycy z USA, Al Shapir i Frank Wilczek (swoją drogą laureat Nagrody Nobla), zastanawiali się, czy możliwe jest istnienie tzw. kryształu „czterowymiarowego”, w którym łamanie symetrii nastąpi nie tylko w przestrzeni, ale także w czasie.

Korzystając ze skomplikowanych obliczeń matematycznych, naukowcom udało się udowodnić, że jest to całkiem możliwe. Rezultatem jest system, który istnieje, jak prawdziwy kryształ, przy minimalnym poziomie energii. Ale najciekawsze jest to, że w wyniku powstania pewnych struktur okresowych nie w przestrzeni, ale w czasie, doszłoby do asymetrycznego stanu końcowego. Autorzy dzieła nazwali taki system bardzo uroczyście – „kryształem czasu”.

Po pewnym czasie grupa fizyków eksperymentalnych pod przewodnictwem profesora Zhanga Xianga z Uniwersytetu Kalifornijskiego (USA) postanowiła stworzyć taki układ nie na papierze, ale w rzeczywistości. Naukowcy stworzyli chmurę jonów berylu, a następnie „zamknęli” ją w kołowym polu elektromagnetycznym. Ponieważ odpychanie elektrostatyczne podobnie naładowanych jonów powoduje ich równomierne rozmieszczenie na okręgu, badacze zasadniczo stworzyli kryształ gazowy. I chociaż charakterystyka pola pozostała niezmieniona, teoretycznie stan systemu również nie powinien się zmienić.

Jednocześnie obliczenia, a następnie obserwacje wykazały, że ten właśnie pierścień jonowy nie będzie stacjonarny. Kryształ gazowy stale się obracał, a interakcje jonów były czasem symetryczne, czasem nie. Wszystko to zaobserwowano nawet po ochłodzeniu kryształu do prawie zera absolutnego. Zatem struktura ta jest prawdziwym „kryształem czasu”: wykazuje właściwości okresowości i asymetrii zarówno w przestrzeni, jak i w czasie.

Co ciekawe, wolno obracający się pierścień jonów skonstruowany przez grupę profesora Zhanga spowodował, że wielu niespecjalistów kojarzy go z maszyną perpetuum mobile. Oczywiście kryształ gazu wygląda jak perpetum mobile, ale w rzeczywistości tak nie jest. Przecież ten system nie może wykonać żadnej pracy, ponieważ wszystkie jego elementy mają ten sam poziom energii (w dodatku minimalny). Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki praca jest możliwa tylko w układzie, którego elementami są co najmniej dwa poziomy energii.

Nie oznacza to jednak wcale, że „kryształu czasu” nie można wykorzystać do celów praktycznych. Profesor Zhang jest przekonany, że na jego podstawie można zbudować na przykład ultraprecyzyjny chronometr. W końcu przejście od symetrii do asymetrii ma wyraźną okresowość. W międzyczasie profesor i jego współpracownicy chcą przeprowadzić bardziej szczegółowe badania właściwości stworzonej przez siebie wspaniałej konstrukcji...

Fizycy z Uniwersytetu Harvarda stworzyli nową formę materii – tak zwany „kryształ czasu” – który może wyjaśnić tajemnicze zachowanie układów kwantowych.
Kryształy, w tym sole, cukry czy diamenty, w swej istocie są po prostu okresowym układem atomów w trójwymiarowej siatce. Z drugiej strony uważa się, że kryształy czasu dodają do tej definicji czwarty wymiar. Zakłada się, że w pewnych warunkach niektóre materiały mogą objawiać się swoją strukturą i czasem.

Zespół kierowany przez profesorów fizyki Michaiła Łukina i Eugene'a Demlera zbudował układ kwantowy, wykorzystując mały diament z milionami zanieczyszczeń w skali atomowej, znany jako wakat podstawiony azotem (centrum NV). Wykorzystali impulsy mikrofalowe, aby wytrącić system z równowagi, powodując obrót w środku i przewracając je w regularnych odstępach czasu.

„Obecnie trwają ciągłe prace nad zrozumieniem fizyki nierównowagowych układów kwantowych. Jest to obszar zainteresowania wielu technologii kwantowych, ponieważ w zasadzie jest to układ kwantowy daleki od równowagi. Tak naprawdę jest tu wiele do odkrycia, a jesteśmy dopiero na samym początku” – powiedział Michaił Łukin.

Początkowo wydawało się mało prawdopodobne, aby takie systemy mogły powstać. W rzeczywistości niektórzy badacze posunęli się w tej kwestii bardzo daleko. Udowodnili, że w układzie kwantowym będącym w równowadze nie da się stworzyć kryształu czasu. Fizycy wyjaśniają, że większość otaczających nas obiektów znajduje się w równowadze. Jeśli masz coś gorącego i zimnego i połączysz je, temperatura się wyrówna. Ale nie wszystkie systemy działają na tej zasadzie. Jednym z najczęstszych przykładów niezrównoważonego materiału jest diament. Jest to skrystalizowana forma węgla, która tworzy się pod wpływem wysokiej temperatury i ciśnienia. Diament jest niezwykły pod tym względem, że jest metastabilny, co oznacza, że ​​gdy raz uzyska swój kształt, pozostaje niezmieniony nawet po usunięciu z niego czynników ciepła i ciśnienia.

Dopiero niedawno naukowcy zaczęli rozumieć, że układy nierównowagowe mogą wykazywać cechy kryształu czasu. Jedną z tych cech jest to, że reakcja kryształu pozostaje stabilna w czasie na różne bodźce. Efekt kryształu czasu ma wiele wspólnego z ideą, że układ jest wzbudzony, ale nie pochłania energii.

Aby stworzyć taki system, Lukin i jego współpracownicy zaczęli od małego diamentu, w którym osadzonych było wiele ośrodków NV. Wykorzystując impulsy mikrofalowe, naukowcy okresowo zmieniali kierunek obrotu, aby sprawdzić, czy materiał będzie nadal reagował jak kryształ czasu.

Systemy takie mogą mieć kluczowe znaczenie w opracowywaniu przydatnych komputerów kwantowych i czujników kwantowych. Pokazują one, że dwa krytyczne elementy, czyli długa pamięć kwantowa i wysoka kwantowa gęstość bitowa, nie wykluczają się wzajemnie. Fizycy twierdzą, że badania umożliwią stworzenie nowej generacji czujników kwantowych, które być może znajdą zastosowanie np. w zegarach atomowych.

Można je zdobyć poprzez odczarowanie epickiego sprzętu z iLvl 650 i wyższym.
Obecnie nie wiadomo, czy można je również zdobyć poprzez połączenie 5 Odłamków Azurytu, jest to jednak całkiem prawdopodobne.

Komentarz z Eido

Jeden z trzy główne typy odczynników zaklinających wprowadzone w Władcy Draenoru:
Zdobywane głównie poprzez zaklęcie Zaklinające: Odczarowanie.

1. Kryształ Czasu - JESTEŚ NA TEJ STRONIE

• Kryształ Czasu wydaje się być WoD wersja innych „kryształów” z poprzednich rozszerzeń i jest najtrudniejszym z trzech materiałów do zdobycia.
  Najczęściej jest otrzymywany podczas odczarowywania Epicki jakość, ilvl 640 i wyżej sprzęt i broń z WoD (być może z wyjątkiem przedmiotów z losowego ulepszenia1 ).
  NOTATKA: Nawet z nie-zaklinaczami Nie mogę odczaruj przedmioty o epickiej jakości. Otrzymasz czerwony komunikat o błędzie „Nie można odczarować”.
  Wygląda na to, że MOŻESZ odczarować przedmioty o epickiej jakości, nawet jeśli tak jest nie zaklinacz.
• Nie-Zaklinacze I Zaklinacze podobnie mogą „wytworzyć” ten przedmiot za pomocą Zleceń Pracy w Zaczarowanym Pawilonie na poziomie 1. .
  1. Zlecenia Pracy dają pewną liczbę Rozbitych Kryształów Czasu, które można później połączyć, tworząc pełny Kryształ Czasu.
     Mający zwolennik(Wymaga 2. poziomu Pawilonu Zaklinającego) w tym budynku może skutkować wyższą wydajnością w zakresie zleceń pracy.
     Procentowa szansa na otrzymanie większej liczby wzrasta wraz z poziomem obserwującego. ()
• Dodatkowo, Zaklinacze Móc tworzyć te kryształy na dwa sposoby:
  1. Czarujący lvl 600: użycie Świecącego Odłamka z przepisem na Pęknięty Kryształ Czasu (opis Wowheada jest nieco dziwny), aby stworzyć Pęknięty Kryształ Czasu (ilość przyznawanej zwiększa się wraz z poziomem Zaklinania), który można później połączyć, tworząc pełny Kryształ Czasu. Jest nie ochlonal dla tej opcji.
  2. Czarujący lvl 700: (zastępuje poprzednią opcję) używając Świecącego Odłamka z recepturą Kryształu Czasu, aby stworzyć pełny Kryształ Czasu RAZ DZIENNIE.

• Poprzedni przedmiot oparty na danych, nie jest już dostępny dla graczy.
• Z tabeli łupów wynika, że ​​tak Rzadki I Niezwykły wysokiej jakości przedmioty z WoD mogą teraz również dawać Kryształ Czasu
• 1 To zasługa Exeili za tę informację.
• Edytuj 21.01.15: Dostosowano informacje, aby odzwierciedlały tabelę łupów, wydaje się, że przedmioty o rzadkiej jakości nie dają już Kryształu Czasu, a wymagany poziom lvl został zwiększony.
• Edytuj 7/5/15: Wygląda na to, że MOŻESZ odczarować przedmioty o epickiej jakości, nawet jeśli tak jest nie zaklinacz.

Komentarz z Jiajia

Zastanawiam się, jaki sprzęt ilvl dostaję zamiast kryształu Sha. Wygląda na to, że odczarowanie przedmiotu 608 daje ci te, a osoby poniżej 590. dają ci Sha. 598 daj też kryształy sha.

Komentarz z Hypersongguy

Są one generowane poprzez odczarowanie epickich przedmiotów o poziomie 600 ilvl lub wyższym. Najłatwiejszym sposobem sprawdzenia, czy otrzymasz kryształ tymczasowy, czy kryształ sha, jest sprawdzenie, czy na przedmiotach widnieje informacja „Odczarowujący” (575), czy po prostu „odczarowujący”. Wszystko, co zawiera (575), da kryształ sha.

Komentarz z Keltuza

szybkie pytanie..

jak zdobyć przepis z 3 ładunkami? i czy tak samo jest w przypadku innych zawodów?

Komentarz z Panie Kruku

Czy ktoś ma jakieś sugestie dotyczące najlepszego sposobu przekształcenia ich w przedmiot nadający się do sprzedaży?

Nie jestem specjalnie zainteresowany podcinaniem goblinów na AH, ale chcę też znaleźć sposób na wykorzystanie ich, co przekłada się bezpośrednio na złoto.

„Kryształ w czasie” to niezwykłe pojęcie fizyczne, teoretycznie zaproponowane kilka lat temu jako ilustracja spontanicznego naruszenia niezmienności praw fizyki w czasie. Mówiąc potocznie, jest to system, w którym w stanie o najniższej energii i bez żadnego wpływu zewnętrznego, samoistnie powstałby ruch wewnętrzny. Szybko jednak stało się jasne, że taki system jest niemożliwy – przynajmniej w pierwotnym sformułowaniu. Jednak całkiem niedawno fizycy przewidzieli, że jeśli zamiast ciągłego upływu czasu weźmiemy jego dyskretny analog, taka „krystalizacja” nie będzie już w niczym zaprzeczać. Któregoś dnia w czasopiśmie Natura Opublikowano dwa artykuły różnych zespołów eksperymentatorów, donoszące o pomyślnym wdrożeniu takich „kryształów w czasie dyskretnym”.

Przedmowa terminologiczna

Wydaje się, że konieczne jest rozpoczęcie tej historii od wyjaśnienia terminologicznego. Temat ten przewijał się już przez aktualności niedawno, gdy opisane tu artykuły właśnie pojawiły się w archiwum druków elektronicznych. Mówili o systemie nazwanym przez autorów dyskretny kryształ czasu. Wszystkie notatki przetłumaczyły ten termin kryształ czasu jako „kryształ czasu” lub, co jeszcze bardziej tajemnicze, „kryształ czasu”. Słowo oddzielny prawie wszędzie go pomijano, a jeśli się pojawiał, to w połączeniu „dyskretny kryształ czasu”, co też nie wyjaśniało zbytnio sytuacji – kryształ jest już dyskretny! Wreszcie, gdy artykuły eksperymentalne zostały opublikowane w czasopiśmie Natura na okładce znalazła się równie tajemnicza ilustracja artystyczna (ryc. 1). Wszystko to wywoływało piękne i tajemnicze obrazy, które niestety były dalekie od tego, co autorzy rzeczywiście umieścili w tytule.

W tej notatce staraliśmy się wybrać tłumaczenie bliższe oryginalnemu znaczeniu. Oczywiście, to nie czas krystalizuje, ale pewien układ cząstek, a krystalizację tę można zauważyć badając ruch układu w czasie. Stąd określenie „kryształ w czasie”, w przeciwieństwie do zwykłego „kryształu w przestrzeni”. Oto słowo oddzielny należy przypisać W samą porę, a nie do kryształu. Taką „krystalizację” można zauważyć w ruchu okresowym nie w chwili obecnej, ale w jego dyskretnym odpowiedniku, w „rachunkach” zewnętrznego wpływu okresowego. Dlatego nazywamy taki system „kryształem czasu dyskretnego”.

Rozumiemy jednak, że na razie to wszystko wydaje się całkowicie niezrozumiałe, więc przejdźmy do sedna.

„Krystalizacja w czasie”

Fizyk teoretyczny i laureat Nagrody Nobla Frank Wilczek słynie ze swoich wkładów i innowacyjnych pomysłów w różnych obszarach fizyki teoretycznej. Dlatego gdy w 2012 roku w kilku krótkich artykułach (pierwszy, drugi) zaproponował kontrowersyjną, ale bardzo interesującą koncepcję „kryształów w czasie”, środowisko naukowe poświęciło jej szczególną uwagę.

Punktem wyjścia tej propozycji jest zjawisko spontanicznego łamania symetrii, które występuje w wielu różnych obszarach fizyki, począwszy od zwykłej termodynamiki po świat cząstek elementarnych. Słowo „spontaniczny” oznacza, że ​​chociaż same prawa fizyczne mają pewną symetrię, materia, która je przestrzega, nadal woli układać się w konfigurację, która tę symetrię narusza. Nikt nie „zmusza” systemu do łamania symetrii, robi to sam, spontanicznie.

Być może najbardziej uderzającym przykładem tego efektu jest samo istnienie ciał krystalicznych. Jeśli wyobrazimy sobie na chwilę hipotetyczną sytuację, w której atomy w ogóle ze sobą nie oddziałują, to każda substancja byłaby gazem doskonałym, całkowicie jednorodnym w przestrzeni. Ta przestrzenna jednorodność jest przejawem faktu, że prawa rządzące ruchem atomów mają symetrię: nie zmieniają się wraz z dowolnym przemieszczeniem w przestrzeni w dowolnym kierunku. Jednakże interakcja między atomami istnieje i jeśli jest wystarczająco silna, powoduje, że materia organizuje się w okresową strukturę przestrzenną - kryształ. Kryształ jest symetryczny pod względem przesunięć nie na jakąkolwiek odległość, ale tylko w bardzo określonych krokach w określonych kierunkach. Można powiedzieć, że pierwotna symetria ścinania została samoistnie zerwana, a za to zerwanie odpowiada interakcja między atomami.

Wilczek zastanawiał się: czy da się znaleźć system, który by to zademonstrował spontaniczne łamanie symetrii względem przesunięć czasowych, a nie w kosmosie? Taki system zachowywałby się niezwykle nietypowo. Jeśli mówimy np. o układzie wielocząstkowym, o prawdziwym kawałku materii, to w stanie równowagi termicznej, bez żadnych wpływów zewnętrznych, ruch okresowy powstałby w nim spontanicznie. Byłby to swego rodzaju „spontanicznie tykający zegar”, którego biegu nie wyznacza żaden zewnętrzny metronom. Wizualne podobieństwo z przestrzenną okresowością w zwykłym krysztale, spontaniczną okresowością, rodzajem „krystalizacji” w czasie, nadało temu pomysłowi tak chwytliwą nazwę.

Podkreślmy od razu dwie ważne kwestie. Musi to być ruch w stanie równowagi termodynamicznej, a nie w stanie zakłóconym, dlatego nie ma już możliwości wydobycia z niego energii poprzez zatrzymanie ruchu. Ponadto ruch musi być wykrywalny. Powiedzmy, że atom wieloelektronowy nie jest tu odpowiedni: chociaż elektrony w stanie podstawowym atomu mogą obracać się wokół jądra, nie prowadzi to do żadnego zauważalnego przeniesienia gęstości elektronowej.

Sam Wilczek przyznał, że taki hipotetyczny układ wygląda nienaturalnie, miał jednak nadzieję, że dzięki specjalnie dobranemu prawu interakcji uda się go stworzyć. Szybko jednak stało się jasne, że tak radykalna propozycja jest niewykonalna. Od razu zaczęły pojawiać się zastrzeżenia, a w 2015 roku ostatecznie udowodniono, że w stanie równowagi termodynamicznej nie może powstać spontaniczny ruch okresowy.

„Kryształ w czasie dyskretnym”

Wydawałoby się, że moglibyśmy położyć temu kres. Ale tutaj ujawnił się dociekliwy umysł teoretyków: idea spontanicznego naruszenia niezmienności w czasie była na tyle atrakcyjna, że ​​teoretycy zaczęli próbować znaleźć przynajmniej coś podobnego, nieco osłabiając pierwotne wymagania.

Jedna z takich opcji, zaproponowana w zeszłym roku, została tzw dyskretny kryształ czasu, „discrete time crystal” (patrz artykuł N. Y. Yao et al., 2017. Discrete Time Crystals: Rigidity, Criticality, and Realizations oraz wcześniejszy artykuł D. V. Else et al., 2016. Floquet Time Crystals). Odnosi się do sytuacji, w której układ wielu oddziałujących ze sobą cząstek nie jest w całkowitej izolacji, ale ulega ściśle okresowym wstrząsom, wpływowi zewnętrznemu z okresem T. Jeśli w systemie istnieje źródło zaburzenia, wówczas wstrząsy zewnętrzne nie będą w nieskończoność kołysać oscylacjami ani podgrzewać systemu, ale po prostu przeniosą go do nowego, specjalnego stanu - jest to jakby równowaga, ale tylko pod pewnymi warunkami okresowego wpływu zewnętrznego. (To stwierdzenie samo w sobie jest również bardzo niedawnym wynikiem, który położył podwaliny pod „kryształy w czasie dyskretnym”).

Oczywiście w takim nowym stanie równowagi może już nastąpić pewien ruch z okresem T- w końcu system jest okresowo pchany! Początkowa symetria w.r.t. arbitralny nie ma już przesunięć czasowych, ale prawa ruchu pozostają niezmienione w odniesieniu do „czasu dyskretnego”, czyli przesunięć czasowych przez pewien okres T. I teraz zamiast płynnej ewolucji układu z czasem obecnym, można badać jak zachowuje się on w czasie dyskretnym, poprzez kilka „skoków” w czasie o wielkość T.

Czy w tak „dyskretnym czasie” można zorganizować krystalizację w czasie? Oznaczałoby to, że w układzie spontanicznie rozpoczyna się ruch długookresowy z kropką T, co nie jest równe, ale kilkukrotnie większe T. Ponieważ nie ma już sytuacji ściśle równowagi, zakaz odkryty z czasem dla prawdziwych kryształów nie ma już tutaj zastosowania. Autorzy zeszłorocznego artykułu teoretycznego doszli do wniosku, że takie „kryształy w czasie dyskretnym” tak naprawdę nie są sprzeczne z prawami fizyki, a nawet zaproponowali i przeanalizowali numerycznie specyficzne podejście do ich realizacji.

Zróbmy tutaj małą dygresję i zastanówmy się, co jest w tej idei ważne, a co nie. W rzeczywistości istnieją dobrze znane przykłady, gdy w odpowiedzi na wpływ okresowy system porusza się nie z dokładnie tym samym okresem, ale z jego wielokrotnością. Przypomnij sobie na przykład, jak huśtasz się, stojąc na huśtawce: przysiad i wstawanie z częstotliwością dwukrotnie większą niż huśtawka. Inaczej mówiąc, działasz na wahadło, okresowo zmieniając moment bezwładności (i tworząc w ten sposób rezonans parametryczny), a oscylacje w układzie rosną z dwa razy większym okres.

Osobliwością tego i innych podobnych przykładów jest brak „sztywności” wyniku. Tak, jest odpowiedź z kropką T > T, ale postawa T/t- nie jest naprawiony, jest plastyczny. Możemy zmienić częstotliwość ekspozycji i to zobaczyć T/t ulegnie zmianie. Na przykład na tym samym zamachu, jeśli nieznacznie zmienisz tempo przysiadu w stosunku do wartości idealnej, wówczas zamiast wahadłowych oscylacji będą obserwowane uderzenia - amplituda oscylacji stopniowo wzrasta lub stopniowo maleje - i to jest znak superpozycji dwóch oscylacji o bliskich, ale różnych częstotliwościach.

W prawdziwym krysztale nie powinno być uderzeń w czasie dyskretnym. Postawa T/t musi pozostać niezmieniony nawet przy niewielkich zniekształceniach układu, przy świadomym przesunięciu częstotliwości siły oddziałującej w stosunku do wartości idealnej. Mówiąc obrazowo, kryształ musi mieć swego rodzaju „sztywność” w czasie - ale nie jest to sztywność przestrzenna, ale tymczasowa.

Dodatkowo tę sztywność musi zapewnić wzajemne oddziaływanie poszczególnych cząstek. Powinien pojawiać się, gdy interakcja staje się silniejsza niż pewien próg i znikać, gdy nieuporządkowany szum przezwycięża tendencję do porządkowania. Innymi słowy, system powinien wykazywać przejścia fazowe: „zestalać się w dyskretnym czasie” w miarę wzrostu interakcji i „topić się” w miarę wzrostu hałasu.

Dwie prace eksperymentalne

W najnowszym numerze ukazały się dwie prace eksperymentalne Natura, oferują dwie różne implementacje „kryształu czasu dyskretnego” (ryc. 2). Różnią się oryginalnym nośnikiem materiału i subtelnościami eksperymentu, ale w istocie są bardzo podobne. W jednym przypadku było to 10 pojedynczych jonów iterbu uwięzionych i zawieszonych w przestrzeni oddalonej od siebie o trzy mikrony. Ponieważ jony są od siebie oddzielone, fizycy mogliby wysyłać impulsy laserowe do wszystkich na raz lub do każdego jonu niezależnie. W drugim artykule były to atomy azotu wprowadzone jako zanieczyszczenie do kryształu diamentu. Tam w krysztale o wielkości mikrona znajdowało się około miliona takich atomów zanieczyszczeń i wszystkie były jednocześnie wystawione na działanie impulsów promieniowania mikrofalowego.

Proszę zwrócić uwagę na ważny punkt. W obu przypadkach „krystalizacja” nie odnosi się do materialnego ruchu samych atomów, ale do ich orientacji kręci się. Atomy nigdzie się nie poruszały: albo były trzymane w pułapkach, albo mocno osadzone w krysztale. Ale ich plecy były dość ruchliwe; To oni pozostali pod wpływem fizyków i to oni utworzyli w czasie porządek krystaliczny. Dlatego nie należy wizualizować tych osiągnięć jako jakiejś nowej substancji, która okresowo zamienia się w fizycznie namacalny kryształ, jak na ryc. 1; wszystko tutaj było o wiele bardziej prozaiczne.

Spiny kontrolowano za pomocą cyklicznych efektów krótkich impulsów światła laserowego lub promieniowania mikrofalowego. W każdym cyklu występował impuls udarowy, który synchronicznie obracał wszystkie spiny pod ściśle określonym kątem. To jest dokładnie odmierzony cios w system. Następnie następuje specjalny impuls, który chwilowo „włącza” wzajemne oddziaływanie atomów, zależne od wzajemnej orientacji spinów i ich odległości od siebie. Intensywność tej interakcji można kontrolować w szerokich granicach. Wreszcie, w przypadku łańcucha jonów, zastosowano również trzeci impuls, aby na siłę wywołać nieporządek – i tutaj bardzo pomocne było to, że można było wpływać na każdy jon niezależnie. W przypadku zanieczyszczeń w krysztale nie było to wymagane, gdyż tam już panuje bałagan w postaci chaotycznego układu w krysztale. Ta kombinacja impulsów – uderzenia, interakcji, nieporządku – trwa jeden cykl T. Całą procedurę powtarza się wielokrotnie, nawet setki razy. Na koniec efektów fizycy mierzą powstały stan spinów – albo indywidualnie, jak w przypadku łańcucha jonów, albo jako całość w całym krysztale.

Zjawisko zachodzące w takich warunkach pokazano schematycznie na rys. 3. Pierwszy cykl naświetlania niemal dokładnie obraca spiny z pozycji górnej do pozycji dolnej, a drugi cykl naświetlania przywraca grzbiety niemal do ich pierwotnego stanu. Razem otrzymujemy ruch okresowy z dwukrotnie dłuższym okresem. Chaotyczny wpływ ma tendencję do łamania tego porządku, ale w wyniku interakcji plecy przylegają do siebie i starają się pozostać współkierowane. I najważniejszy punkt: nawet jeśli impuls uderzenia okazał się niewystarczająco skalibrowany, na przykład nie odwrócił się całkowicie, wówczas atomy wspólnym wysiłkiem kompensują tę niedokładność i nadal utrzymują ścisły dwuokresowy cykl. Okres odpowiedzi jest ustalony na 2 T, nawet jeśli impuls uderzenia próbuje „narzucić” atomom inny okres. Jest to słynna sztywność kryształu, zdolność przeciwstawiania się odchyleniom na bok.