Физики создали первый «кристалл времени», который можно видеть
Физики создали удивительный материал, который можно сравнить с вечными часами без батареек. Используя жидкие кристаллы — те же вещества, которые уже давно применяются в дисплеях и экранах смартфонов — ученые получили первый в мире «кристалл времени», который можно увидеть невооруженным глазом.
Кристаллы времени представляют собой особое состояние материи, в котором частицы находятся в постоянном движении, создавая повторяющиеся во времени узоры. Идею таких структур впервые предложил нобелевский лауреат Фрэнк Вильчек в 2012 году. Тогда он задался вопросом: если обычные кристаллы, например, алмазы или соль, имеют упорядоченную в пространстве структуру, можно ли создать кристалл, структура которого будет упорядочена во времени?
С тех пор ученые, в том числе с помощью квантовых компьютеров, нашли несколько решений, которые приблизили их к созданию кристаллов такого рода. Но то, что удалось сделать специалистам Университета Колорадо в Боулдере, впервые позволило людям «увидеть время в действии».
Все рождается из ничего. Вы просто направляете свет, и возникает целый мир кристаллов времени.Иван Смалюхпрофессор физики Университета Колорадо в Боулдере и соавтор работы
Жидкие кристаллы — это особые молекулы, которые одновременно обладают свойствами жидкости и твердого тела. В своем эксперименте физики поместили раствор таких кристаллов между двумя стеклянными пластинками с красителем. При обычном освещении система выглядела неподвижной. Но под действием света молекулы красителя изменили ориентацию, «сдавили» кристаллы, и внутри образовались тысячи своеобразных деформаций — «изгибов». Эти крошечные структуры начали взаимодействовать и двигаться в повторяющихся циклах, формируя устойчивые во времени узоры.
«Их можно наблюдать прямо под микроскопом, а при особых условиях — даже невооруженным глазом», — отмечает ведущий автор исследования Ханьцин Чжао. Под микроскопом образцы напоминают психоделические полосы, которые могут двигаться часами без остановки.
Удивительно, что эти временные узоры оказались чрезвычайно устойчивыми — движение жидких кристаллов не нарушало даже изменение температуры. Ученые сравнивают происходящее со старинным танцем: пары расходятся, кружатся по залу, снова сходятся и движения повторяются заново.
Перспективы применения такого материала впечатляют. Одно из направлений — защита валюты: достаточно встроить время-кристаллический элемент в купюру, чтобы под светом проявлялся уникальный динамический узор, который невозможно подделать. Другой возможный путь — хранение данных: если соединить разные типы временных кристаллов, можно создавать чрезвычайно сложные и устойчивые комбинации для кодирования информации.
Ученые подчеркивают, что не хотят ограничивать круг идей заранее, ведь эта технология только начинает открываться миру. Пока же физики наслаждаются самим зрелищем: под лучами света структура, казалось бы, застывшая навеки, начинает жить собственной жизнью — бесконечной, как время.
