Zdanlivo nemožný experiment viedol k vytvoreniu časových kryštálov: Tie sa neriadia základnými zákonmi fyziky
Časové kryštály sú mimoriadne zvláštne kvantové systémy, ktoré by v budúcnosti mohli viesť ku kvantovým počítačom.
Takzvané „časové kryštály“ sú podľa vedcov mimoriadne zvláštne kvantové systémy, ktoré sa nachádzajú v nekonečnej slučke, v ktorej neplatia normálne zákony termodynamiky. V novom experimente sa vedci z Lancaster University pokúsili prepojiť dva časové kryštály, čo by mohlo otvoriť cestu ku kvantovým počítačom.
Kryštály sú súčasťou našich životov a stretávame sa s nimi prakticky všade. Od ľadu až po diamanty, no zatiaľ čo my ich vnímame ako niečo pekné, pre vedcov sú porušením prirodzenej symetrie, píše Live Science. Symetria fyzikálnych zákonov značí to, že najzakladanejšie vlastnosti gravitácie, elektromagnetizmu a kvantovej mechaniky sú rovnomerne rozložené naprieč celým vesmírom a fungujú v každom smere. Ak by vedci vykonali experiment otočený o 90 stupňov, výsledky by mali byť rovnaké.
V prípade kryštálov to však nie je úplne pravda. Molekuly kryštálu sa usporiadajú do určitého smeru a vytvárajú opakujúcu sa priestorovú štruktúru. V roku 2012 si fyzik Frank Wilczek z inštitútu MIT všimol, že zákony fyziky majú aj časovú symetriu. V tomto prípade to znamená, že experiment opakovaný o niečo neskôr ukáže rovnaké výsledky. Wilczek vytvoril štruktúru podobnú normálnym kryštálom, no v čase a nazval ju časový kryštál. Trvalo však až niekoľko rokov, kým sa vedcom jeden podarilo vyrobiť.
Časový krýštál je kvantový sytém, v ktorom sú častice v neustálom pohybe. Nemôže zastaviť, pretože sa už nachádza v najnižšom energetickom bode, vytvára tak pohyb bez energie.
„Časový kryštál je v pohybe a pravidelne sa opakuje v čase aj v prípade absencie vonkajšieho stimulu. To funguje preto, lebo sa nachádza v najnižšom energetickom bode, no zákony kvantovej mechaniky mu zabraňujú kompletne zastaviť. V podstate ide o perpetuum mobile, čo by nemalo byť možné,“ vysvetľuje Samuli Autti, vedúci štúdie.
Ignoruje zákony fyziky
Zákony termodynamiky učia, že čaj vždy vychladne, kotúľajúca lopta sa zastaví a kyvadlo sa v určitom momente prestane kývať. V prípade časových kryštálov to však neplatí, akoby ignorovali zákony termodynamiky. Časové kryštály sú totiž ovládané zvláštnym svetom kvantovej fyziky.
Neprehliadnite
„V kvantovej fyzike je večný pohyb možný, no len ak máme zatvorené oči. Pohyb sa začne spomaľovať v momente, ako ho pozorujeme,“ vysvetľuje Autti.
Z toho vyplýva, že fyzici nemôžu pozorovať časové kryštály priamo. V momente keď tak urobia, zákony kvantovej fyziky umožňujúce mu existovať, sa rozpadnú a časový kryštál sa zastaví.
Vo svojej štúdii vedci vytvorili časový kryštál z magnónov, kvázičastíc vznikajúcich zo spoločného stavu skupiny atómov. Vedci vytvorili dva magnóny, ktoré slúžili ako časové kryštály a následne ich priblížili k sebe tak, aby sa mohli navzájom ovplyvniť. Toto vzájomné ovplyvnenie vytvorilo z dvoch časových kryštálov akoby jeden kryštál, s dvoma možnými stavmi. Tieto stavy môžu v budúcnosti zodpovedať binárnej sústave núl a jednotiek, ak sa vedcom podarí vytvoriť časové kryštály, ktoré by boli stabilné. Aj naďalej pokračujú v hľadaní spôsobu, ako vytvoriť časové kryštály, schopné reagovať s prostredím bez toho, aby sa rozpadli.
Takéto časové kryštály by mohli byť základným kameňom pre kvantové zariadenia. K praktickému uplatneniu časových kryštálov vedie ešte dlhá cesta, no táto štúdia ponúka novú oblasť, na ktorú sa môžu vedci zamerať.
Komentáre