Amžinas judėjimas laiko kristaluose
2012 m. vasarį Nobelio premijos laureatas F. Vilčekas1) viešai pristatė keistą ir, kaip jis buvo susirūpinęs, kiek erzinančią idėją; ir atrodytų, netgi neįmanomą. Jis išdėstė prielaidą apie laiko kristalus fizikines struktūras, judančias pasikartojančiai, tarsi minutinės laikrodžio rodyklės ir tam neeikvodamos energijos, ir kurių net nereikia prisukti. Bet skirtingai nuo laikrodžių ar kitų žinomų objektų, laiko kristalai savo judėjimą išgauna ne iš išsisaugotos energijos, o iš įtrūkimų laiko simetrijoje, užtikrindami specialią amžino judėjimo formą.
Vilčeko idėją fizikų bendruomenė priėmė tylomis. Jis buvo puikus profesorius, garsus tuo, kad kūrė egzotiškas idėjas, vėliau įsiliejusias į priimtą srautą, tame tarpe ir aksionų bei anjonų (el. dalelių) egzistavimą, atardęs branduolinių sąveikų savybę, už ką 2004 m. gavo Nobelio premiją. Tačiau amžiną judėjimą, atrodantį kaip nederą su fundamentaliaisiais dėsniais, buvo sunku suvirškinti. Ar tai netikėtas proveržis, ar apsirikimas?
Dabartinė technologinė pažanga leidžia patikrinti idėją. Planuojama sukurti laiko kristalą, - tik ne su viltimi, kad šis perpetuum mobile taps nesibaigiančiu energijos šaltiniu, o siekiant geriau suprasti laiko reiškinį.
Idėja Vilčekui kilo ruošiantis paskaitai 2010 m., kai apmąstant kristalų klasifikaciją jam kilo mintis mąstyti apie kristalų elgseną bėgant laikui.
Medžiagai kristalizuojantis, jos atomai spontaniškai išsidėsto į eilutes ir stulpelius trimatėje gardelėje. Jėgų balansas neleidžia atomams įsikurti tarp gardelės taškų. Kitaip tariant, kristalai pažeidžia gamtos erdvinės simetrijos dėsnį, pagal kurį visos vienos erdvėje yra vienodai galimos. Tačiau kaip su gamtos laiko simetrija kad objektai išlieka stabilūs laikui bėgant.
Vilčekas kelis mėnesius nagrinėjo tą galimybę. Jam lygtys rodė, kad atomai turėtų sudaryti
pasikartojančią gardelę po kelių diskrečiųjų periodų vis grįžtančią į pradinę padėtį tad
griauna laiko simetriją. Nepanaudodami ar nesukurdami energijos, kristalai lieka stabilūs
įgydami ciklines struktūras, kurias mokslininkai gali aiškinti kaip amžiną judėjimą.
Bendrojoje reliatyvumo teorijoje laiko ir erdvės dimensijos yra persipynę į erdvėlaikį. Tačiau kvantinėje mechanikoje laiko dimensija pateikiama skirtingai nei trys erdvės dimensijos. Kuri iš šių laiko koncepcijų yra teisi?
Jei laiko kristalai gali suardyti laiko simetriją tokiu pat būdu kaip įprasti kristalai suardo erdvės simetriją, tada abi esybės turi panašias savybes, o tai reikštų, kad dabartinė kvantinės mechanikos interpretacija nėra išbaigta ir erdvė bei laikas yra to pačio audinio atskiros gijos.
Berklio mokslininkų vadovaujama komanda yra pasirengusi atlikti eksperimentą. Komanda bandys 100 kalcio kristalų perkelti į mažą elektrodų supamą erdvę. Elektriniais laukais kalcio jonai bus įkalinti 100 mikronų (maždaug plauko) pločio spąstuose, kur jie sudarys kristalinį žiedą.
Tie jonai vibruos sužadintoje būsenoje, tačiau diodiniai lazeriai bus panaudoti jų kinetinės energijos išsklaidymui; ir jie atvės iki maždaug vienos milijardinės laipsnio dalies virš absoliutaus nulio. Iki šiol tokia temperatūra nebūdavo pasiekta dėl iš elektrodų sklindančios šilumos.
Mokslininkai tiki, kad spąstų statinis magnetinis laukas privers jonus suktis; jie turėtų imti suktis ir apie jų pradinį tašką fiksuotais periodais, sudarydami laike pasikartojančią gardelę t.y. suardydami laiko simetriją.
Vis tik kai kurie fizikai lieka skeptiški, manydami, kad neįmanoma aptikti judėjimą kristalo struktūroje.
Laiko kristalas - kvantinė sistema kondensuotos medžiagos fizikoje (su pažeista simetrija poslinkio lake atžvilgiu), kurios mažiausios energijos būsena ta, kurioje dalelės juda pasikartojančiai. Sistema negali prarasti energijos, nes randasi savo pagrindinėje būsenoje. Tad dalelės yra judesyje be energijos. Laiko kristalų idėją pirmąkart 2012-ais pasiūlė F. Vilčekas kaip analogiją įprastiems kristalams, kuriuose atomai išsidėstę periodiškai erdvėje, kai laiko kristaluose jie išsidėstę periodiškai tiek erdvėje, tiek laike. Praktine prasme, laiko kristalai gali būti panaudoti kvantinių kompiuterių atminčiai.
2015 m. buvo įrodyta, kad negalima sukurti laiko kristalo termodinamiškai pusiausvyroje esančioje sistemoje tuo atveju,
jei sąveikų pobūdis yra trumpalaikis. Bet pirmąkart kvantiniai laiko kristalai buvo eksperimentiškai pademonstruoti 2017 m. sistemose, periodiškai
gaunančiose energiją iš lazerinio ar mikrobanginio šaltinio tokie kristalai pavadinti diskrečiaisiais, nes dėl
periodinio išorinio poveikio gali būti aprašyti lygtimis su diskrečiu laiku, kuriose žingsnio reikšmė lygi išorinio poveikio periodui.
O pirmąkart fizinė sistema, realizuojanti kvantinį laiko kristalą, buvo pasiūlyta 2019 m. kubitų su
daugiadažnėmis nelokaliomis sąveikomis sistemos pagrindu. Vėliau skelbta apie laiko kristalų, remiantis vien klasikine fizika, sukūrimo galimybę.
2021 m. Google tyrėjai kartu su JAV universitetų mokslininkais paskelbė apie laiko kristalo sukūrimą kvantiniame kompiuteryje. Jie panaudojo mikroschemą su pora dešimčių kubitų, kuri ir pasireiškė kaip laiko kristalas. O 2022 m. A. Hemmericho komanda iš Hamburgo Lazerio fizikos ins-to pirmąkart parodė, kad pastoviai disipatyvus laiko kristalas spontaniškai pažeidė laiko transliavimo simetriją.
Trumpos biografijos:
1) Frankas Vilčekas (Frank Anthony Wilczek g. 1951 m.) lenkų ir italų kilmės JAV
fizikas-teoretikas, matematikas, Nobelio premijos laureatas fizikos srityje (2004) už asimptotinės laisvės
stipriosios branduolinės sąveikos teorijoje atradimą (1973). Jos esmė ta, kad kuo kvarkai yra arčiau
vienas kito, tuo silpnesnė stiprioji sąveika (arba spalvinių krūvių apsikeitimas) tarp jų, o kai visai
priartėja, ji tokia silpna, kad kvarkai elgiasi beveik kaip laisvos dalelės. Tai davė postūmį kvantinės
chromodinamikos vystymuisi. 2012 m. pasiūlė erdvėlaikio kristalo idėją. Užsiima ir juodųjų skylių
kvantine teorija (bendradarbiaudamas su S. Hokingu ir M. Tegmarku2)).
Laikosi agnostinio požiūrio.
Plačiau apie F. Vilčeką žr. >>>>>
2) Maksas Tegmarkas (Max Erik Tegmark, g. 1967 m.) švedų kilmės JAV kosmologas. Sukūrė duomenų analizės metodus pritaikytus reliktinio spinduliavimo analizei (COBE, QMAP ir WMAP) bei galaktikų raudonojo poslinkio apžvalgoms. Suformulavo savą universalią (visuotinę visa ko teoriją), kurios vienintelis postalatas tėra, kad visos matematiškai neprieštaringos struktūros egzistuoja fiziškai.
Ar tai mokslas?
Superlaidumas
Laiko fenomenas
Torsioniniai laukai
Lygiagrečios visatos
Gyvenimas po mirties
Vieningo lauko teorija
Manipuliacijos šviesa
Nuo Quanta prie Qualia
Antigravitacijos paieškos
Nekritinė stygų teorija
Kvantinio pasaulio katinai
3-iojo tūkstantmečio mokslas
Pasikėsinimas į multivisatas
Kodėl chemikai nemėgsta J ir Q?
Specialioji reliatyvumo teorija
Chaosas linksta į sinergetiką
El. dalelių simetrija persmelkia viską
Ar visad tai tik paramokslinės idėjos?
Kas padėjo tamsiosios materijos supratimui
Labai prasta balerina ir šuolis laike?
El. dalelės ir fundamentaliosios jėgos
Šiuolaikinė fizika į tiesą panašus mitas?
Stivenas Hokingas nenurimstantis invalidas
Paslaptingas Tesla - gyvenimas ir palikimas
Juodosios skylės ne tokios jau ir juodos
Lutecis: paskutinis iš lantanoidų
Labai suderinta Visatos sandara
Nepaprasti Visatos skaičiai
Kokia yra Visata? Sukasi?
Kaip sukurti laiko mašiną?
Tiltas per Beringo sąsiaurį
Paslėpti erdvės matavimai
Nėra absoliutaus laiko
Vieningo lauko teorija
Visatos modeliai
Kvantinis chaosas
Vartiklis
NSO.lt