Они живут вне времени: загадка кристаллов, которые двигаются

Когда-то считавшиеся чисто теоретическим феноменом, временные кристаллы сегодня выходят на новый уровень исследований. Учёным удалось создать их форму, которую можно наблюдать напрямую — без сложных приборов. Перед глазами исследователей проявились неоновые переливы, складывающиеся в движущиеся узоры. Этот эффект открывает путь к самым неожиданным практическим применениям — от новых оптических технологий до систем защиты от подделок.

Временные кристаллы: от идеи до эксперимента

Саму концепцию предложил в 2012 году нобелевский лауреат Фрэнк Вильчек. Тогда многие специалисты восприняли её с недоверием, так как предположение о структуре, "живущей" во времени, казалось нарушающим базовые законы физики. Но уже в 2016 году в США были зафиксированы первые экспериментальные подтверждения их существования, что вызвало бурные дискуссии в научном сообществе.

Обычные кристаллы — алмаз, кварц или соль — состоят из атомов, расположенных в регулярной пространственной решётке. Временные же кристаллы отличаются тем, что их частицы выстраиваются в повторяющийся узор не только в пространстве, но и во времени. Они совершают колебания с неизменным ритмом, который не связан с внешними воздействиями. Это явление нарушает привычную симметрию времени и делает такие кристаллы объектом особого интереса для квантовой физики.

Как удалось сделать кристалл видимым

Физики Университета Колорадо — Ханцин Чжао и Иван Смалюк - нашли способ показать временной кристалл во всей красе. Они использовали жидкие кристаллы — основу экранов телевизоров и смартфонов. В эксперименте материал поместили между двумя стеклянными пластинами, покрытыми светочувствительным красителем.

При воздействии света молекулы красителя меняли своё положение и создавали давление на жидкие кристаллы. Это вызывало деформации, которые складывались в устойчивую последовательность движений. Так возник узор, сохранявшийся часами, несмотря на изменения температуры или освещения.

На образце эти процессы выглядели как переливы ярких полос, напоминающие волны. Их можно было рассмотреть в микроскоп, а иногда — и просто глазами.

"Их можно наблюдать напрямую под микроскопом, а в некоторых случаях — даже невооружённым глазом", — сказал физик Ханцин Чжао.

Такие наблюдения производят сильное впечатление даже на самих исследователей. Ведь до недавнего времени временные кристаллы считались сугубо квантовым явлением, скрытым от человеческого глаза и доступным лишь через сложные приборы. Теперь же они становятся зримыми объектами, которые можно не только фиксировать, но и изучать наглядно, что открывает новые возможности для экспериментов и ускоряет практическое применение открытий.

Это также означает, что граница между фундаментальной физикой и реальными технологиями становится всё более тонкой. Визуальное проявление временного кристалла упрощает проверку гипотез и позволяет использовать его свойства в инженерных разработках уже на ранних этапах

Возможные применения

Учёные подчёркивают, что их работа — лишь начало. Пока непонятно, какими ещё свойствами могут обладать временные кристаллы в разных физических системах. Но уже сейчас очевидно, что потенциал огромен.

Технологические перспективы включают:

1. новые оптические устройства;
2. генераторы фотонных кристаллов "пространство-время";
3. телекоммуникационные технологии;
4. системы защиты от подделок;
5. новые подходы к генерации случайных чисел.

Исследователи уверены: открытие может стать толчком к развитию целого направления в науке и технике. Наблюдаемые временные кристаллы перестали быть абстракцией. Сегодня они предстают в наглядной форме и обещают преобразить сразу несколько сфер технологий — от связи до защиты данных.