Създадени Времеви Кристали, Спиращи Законите На Физиката

{h1}

Учените са създали екзотична форма на материя, известна като временен кристал, която изглежда противоречи на законите на термодинамиката.

Бележка на редактора: Тази статия е актуализирана на 9 март в 11:20 ч. E.T.

Причудливо ново състояние на материята, известно като кристал на времето, изглежда спира действието на законите на термодинамиката почти за неопределено време, предполагат два нови експеримента.

Времевият кристал е по същество съвкупност от атоми или йони, които са далеч един от друг, но все още си взаимодействат помежду си. Тази форма на материята продължава да "тиктака" за неопределено време с определена честота, без да нагрява или създава ентропия, естественото състояние на разстройство, което винаги се увеличава във Вселената. Временните кристали действат поради квантовите ефекти или причудливите правила, описващи менажерията на миниатюрни субатомни частици.

Новосъздадената материя се присъединява към множество други екзотични състояния на материята, като свръхпроводници, квантово-спинови течности и свръхфлуиди.

"Намерихме нова фаза на материята", каза съавторът на проучването Soonwon Choi, студентка по теоретична физика в Харвардския университет. "Това е нещо, което се движи във времето, докато все още е стабилно." [18-те най-големи неразгадани мистерии във физиката]

Докато новооткритото състояние на материята само по себе си е завладяващо, то би могло също да проправи пътя за квантовите компютри, които не губят информация, заяви Чой.

Временен кристал

Физикът Франк Уилчек за първи път предложи идеята за временен кристал в списанието Physical Review Letters през 2012 г. В това проучване той предложи форма на материя, която спонтанно нарушава „инвариантността на времето“, фундаментална симетрия във времето. Концепцията за времева инвариантност диктува, че правенето на нещо сега би довело до същия резултат, като правенето на едно и също нещо, например 1 минута в бъдеще (всички други условия са равни).

Според концепцията на Вилчек обаче, квантовите взаимодействия между частици, като йони или субатомни частици, биха могли да създадат състояние на материята, което се колебае многократно във времето, точно както кристалът има структура, която се повтаря в пространството. Това означава, че ако материята се колебае с период от 2 минути, правенето на нещо с тази материя сега ще доведе до различни резултати, отколкото да правите същото нещо 1 минута от сега. [Снимки: Екзотични времеви кристали, създадени в лабораторията]

За да разберете какво означава това, представете си двама души, които държат въже за скачане и го люлеят за трето лице, което прави скока. В обикновени материални състояния, ако въжето прави кръг всяка секунда, човекът трябва да скача всяка секунда. Но във временен кристал е все едно джъмперът повдига краката си всеки друг път, когато въжето удари земята и въпреки това някак си запазва време и не се заплита във въжето, каза съавторът на проучването Норман Яо, физик в Калифорнийския университет в Бъркли, който по-рано тази година разработи теоретична рамка за тестване на времеви кристали.

Съвсем наскоро последващата работа, изградена върху идеята на Wilczek, показа, че времевите кристали не могат да съществуват в термично равновесие. (Основен принцип на термодинамиката е, че два контакта в крайна сметка ще се навият при една и съща температура при стационарно състояние или топлинно равновесие на системата.) Но скоро след това изследователите показаха, че времевите кристали могат да съществуват в динамични състояния, когато системите се променят бързо и все още не са достигнали топлинно равновесие.

По-рано тази година Яо заедно с Андрю Потър, физик от Тексаския университет в Остин, и колегите му разработиха теоретична книга, която идентифицира ключови подписи на временен кристал. Тази книга предсказваше какво ще се случи, когато един такъв кристал се разтопи в по-будно състояние на материята и изложи експериментален начин за доказване на съществуването на времеви кристали. Независимо, Чой и колегите му разработиха собствена идея за метод за демонстриране на съществуването на времеви кристали и след това се заеха да създадат такъв кристал в лабораторията.

Спиране на термодинамиката

В двойка изследвания, публикувани днес (8 март) в списанието Nature, изследователите показаха, че кристалите във времето могат да съществуват в много различни системи.

Тук настройката за създаване на времеви кристал с помощта на диамант, запълнен с дефекти на азотна ваканция. Тези дефекти действат като миниатюрни завъртания, които могат да бъдат манипулирани с лазерна светлина, за да се създаде времеви кристал.

Тук настройката за създаване на времеви кристал с помощта на диамант, запълнен с дефекти на азотна ваканция. Тези дефекти действат като миниатюрни завъртания, които могат да бъдат манипулирани с лазерна светлина, за да се създаде времеви кристал.

Кредит: Георг Кучко

Чой и неговите колеги, базирани в Харвардския университет, са използвали диамант, изпълнен с 1 милион азотни цветни центрове; това са петна в решетката на въглеродния кристал на диаманта, където азотните атоми са заместили въглеродните атоми. Тъй като азотът е по-малък от въглерода, този заместител оставя празно пространство в решетката, а азотът и празното пространство могат да действат заедно, сякаш представляват малки частици със завъртания. (Свободните места се наричат ​​цветни центрове, защото азотните атоми произвеждат цвят в диамантите; в този случай диамантите са толкова пълни с тези дефекти, че изглеждат черни.)

Използвайки лазери и микровълново излъчване, екипът периодично импулсира тези азотни свободни места, които след това се колебаят с честота, която е половината от честотата на насоченото към тях излъчване (наречена честота на движение).

Във втори експеримент, базиран в Университета в Мериленд, Потър, Яо и колегите му хванаха 14 йона итербий, използвайки лазерни лъчи и след това манипулираха йонните завъртания, използвайки плътно фокусирани лазерни лъчи. Отново материалът действаше като времеви кристал, колебаещ се на половината от честотата на задвижване. По време на експеримента материалът не се нагрява, въпреки че много енергия се изпомпва в системата, каза Потър. Това е знак, че законите на термодинамиката не влязоха в сила по време на експеримента, добави той.

Например групата в Харвард използва система, която може да не е перфектен кристал за времето, каза Потър. Системата не се загрява много, но бавно генерира топлина.

"Те търсят това очаровано съществуване, което бавно ще умре, ако го оставят да работи достатъчно дълго", каза Потър пред WordsSideKick.com.

За разлика от тях експериментът от Университета в Мериленд би могъл да продължи неограничено време, въпреки че използва много по-малък брой атоми, което разтяга определението за това, което представлява състояние на материята, каза Потър.

Но новите открития показват, че времевият кристал не трябва да бъде идеално изолиран от топлина и ентропия, за да проявява своите повтарящи се във времето свойства, каза Яо. Това означава, че може да бъде изненадващо лесно да се генерират тези екзотични състояния на материята, каза той.

Истински увлекателното в тези експерименти е, че те имат потенциала да спират законите на физиката за неопределено време, каза Потър. Подобно на чаша горещо кафе, която никога не достига стайна температура, "допълнителната енергия просто остава на мястото си и системата никога не се уравновесява до една температура", каза Потър.

Важно е обаче да се отбележи, че тези времеви кристали не "нарушават" основните закони на термодинамиката сами по себе си; те просто ги отлагат, докато експериментът тече, каза Потър.

"Предполага се, че термодинамиката описва дългосрочното поведение, щом достигнете това термично стабилно състояние, така че никога не описва краткосрочна динамика, преди да достигнете топлинно равновесие", каза Потър.

След това, поддържайки системата в динамично състояние, новите експерименти просто държат материята в режим, при който термодинамиката обикновено не се прилага, добави той.

Бележка на редактора: Тази статия е актуализирана, за да се отбележи, че последващата работа, показваща, че кристалите на времето не могат да съществуват в термично равновесие, се основава на идеята на Франк Уилчек, а не на тази на Норман Яо.

Първоначално публикуван в WordsSideKick.com.


Видео Добавка: Кодът на пирамидите, еп.1 - Ивицата на мира.




Изследване


Квазер
Квазер

Google Манифест: Биологията Обяснява Ли Разликите Между Половете В Технологиите?
Google Манифест: Биологията Обяснява Ли Разликите Между Половете В Технологиите?

Наука Новини


Експлозивна Патица Пенис Срещу Зомби Риби: Учените Се Състезават За Парите Си
Експлозивна Патица Пенис Срещу Зомби Риби: Учените Се Състезават За Парите Си

Как Водните Същества Се Фосилизират В Дървесния Сок?
Как Водните Същества Се Фосилизират В Дървесния Сок?

Снимки: Съкровищница От Неотворени Писма От 17-Ти Век
Снимки: Съкровищница От Неотворени Писма От 17-Ти Век

Снимки: Надраскани Камъни На 5000 Години Могат Да Бъдат Древни Карти
Снимки: Надраскани Камъни На 5000 Години Могат Да Бъдат Древни Карти

Симулиране На Завихряне При Суперклетъчна Гръмотевична Буря
Симулиране На Завихряне При Суперклетъчна Гръмотевична Буря


BG.WordsSideKick.com
Всички Права Запазени!
Възпроизвеждането На Използваните Материали Оставя Само Prostanovkoy Активна Връзка Към Сайта BG.WordsSideKick.com

© 2005–2020 BG.WordsSideKick.com