Научная фантастика стала реальностью: открыты кристаллы, которые перевернут наш мир

Физики из Университета Колорадо в Боулдере сделали шаг к созданию материала, который ещё недавно казался чистой фантазией. Речь идёт о кристаллах времени — особом состоянии материи, где частицы движутся ритмично и бесконечно, словно часы без механизма и источника энергии.

От идеи до первых экспериментов

Понятие "time crystal" предложил нобелевский лауреат Фрэнк Вильчек в 2012 году. Он предположил, что атомы могут выстраиваться не только в пространственные решётки, как в алмазах или соли, но и формировать повторяющийся узор во времени.

"Даже в состоянии покоя атомы могут изменять свою конфигурацию снова и снова, как бесконечная анимация", — напоминал Вильчек, когда представлял идею "time crystal".

Долгое время гипотеза оставалась лишь на бумаге. Но в 2021 году исследователи Google на квантовом процессоре Sycamore создали систему атомов, которые начинали колебаться с предсказуемой периодичностью. Это стало первым реальным подтверждением существования кристаллов времени.

Новый подход: жидкие кристаллы

До недавнего времени увидеть эти процессы можно было только с помощью сложных приборов. В новой работе аспирант Ханьцин Чжао и профессор Иван Смалюх использовали жидкие кристаллы — те самые материалы, что лежат в основе LCD-экранов.

Они поместили стержневидные молекулы в стеклянные ячейки, добавили краситель и направили свет. В ответ структуры начали синхронно вращаться и сжиматься, образуя движущиеся изгибы. Под микроскопом это выглядело как пульсирующие полосы, которые менялись с течением времени.

"Их можно наблюдать непосредственно под микроскопом, а при особых условиях даже невооружённым глазом", — рассказал ведущий автор исследования Ханьцин Чжао.

Таким образом, учёные фактически создали "вечные часы", работающие лишь на свете, без батареек и механизма.

Взаимодействие и новые узоры

Эксперименты показали, что даже при изменении температуры или других условий движение не прекращалось, а только адаптировалось.

"Эти искривления возникают, и их не так-то просто убрать. Они ведут себя как частицы и начинают взаимодействовать друг с другом", — пояснил профессор Иван Смалюх.

Когда исследователи наложили несколько кристаллов друг на друга, получились причудливые временные узоры, напоминающие штрихкоды. Это открывает перспективы для хранения и кодирования информации.

Возможные применения

Учёные видят широкий спектр практических задач, где кристаллы времени могут найти применение:

1. Защита от подделок — специальные метки, проявляющиеся только под определённым светом.
2. Хранение данных — устойчивые временные узоры могут выполнять роль своеобразной памяти.
3. Вычислительная техника и сенсоры будущего — новые подходы к обработке информации.

"Мы не хотим сейчас ограничивать количество приложений. Я думаю, что возможности для развития этой технологии практически безграничны", — отметил профессор Иван Смалюх.

Наука о времени и хаосе

Опыты с жидкими кристаллами показывают, что привычное представление о хаосе и энтропии далеко не полное. Если частицы можно "заставить" двигаться в вечном ритме без дополнительной энергии, значит, законы природы ещё хранят множество секретов.

Кристаллы времени вряд ли приведут к путешествиям во времени, но они уже расширяют границы физики. Эти открытия демонстрируют, что у Вселенной есть механизмы, которые могут не только удивить, но и открыть путь к технологиям будущего.

Три интересных факта

1. Идею кристаллов времени вдохновила аналогия с обычными кристаллами: там узоры повторяются в пространстве, здесь — во времени.
2. В 2021 году эксперименты Google с квантовым компьютером стали первым практическим подтверждением концепции.
3. Жидкие кристаллы, использованные в исследовании, — это те же материалы, что применяются в экранах смартфонов и телевизоров.