Fyzici ze Shanghai Jiao-Tong University udělali něco zvláštního.
Vytvořili stolní časoprostorový krystal. A pak sledoval, jak se rozplynul.
A tady je výsledek: prostor a čas se ničí nezávisle na sobě.
Tavení si obvykle představujeme jako jednoduchý proces. Pevná látka se mění v kapalinu. Entropie vítězí. Pořádek umírá.
Tento díl nesouhlasí.
V exotickém stavu známém jako časoprostorový krystal se čas a prostor mohou roztavit odděleně. Výzkum publikovaný v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences poskytuje vzácnou příležitost vidět, jak se tato neobvyklá hmota rozkládá.
Začněme definicí. Typicky se “krystal” týká atomů uspořádaných v trojrozměrné mřížce. Opakující se vzory. Perfektní pořádek.
Časoprostorový krystal k této rovnici přidává čas.
Struktura se opakuje jak v prostoru, tak v čase. Atomy vibrují stálým, opakujícím se rytmem. Cyklus se opakuje znovu a znovu.
Je těžké je vytvořit. Udržet jejich stabilitu je ještě obtížnější. Kvantové verze představují obrovské technické problémy. Proto se tým obrátil na klasický analog.
Představte si Chladniho talíř. Frekvenci nastavíte na 100 hertzů vibrováním povrchu. Zrnka písku začnou tančit a usazovat se v uzlech.
Ale v tomto experimentu je písek nahrazen malými plastovými disky. Každý disk má šest ohnutých kolíků. Na vibrační plošině se chaoticky chvějí. Náhodné otřesy od hnací síly.
Žádné rovné čáry.
Pokud ovšem nepřidáte dostatek disků.
Pak se stane kouzlo.
Stovky disků se spontánně organizují do trojúhelníkové mřížky. Celá skupina se točí jako jedna. Jedna úplná otáčka trvá pět hodin.
Tento synchronizovaný pohyb přežije i v přítomnosti hluku. Vydrží skoro den.
Klíčovým bodem je, že toto pětihodinové odstřeďování se liší od frekvence pohonu 100 Hz. Pohon pouze dodává energii. Dlouhodobé oscilace vznikají samy od sebe.
Aby vědci viděli, co se stane, když objednávka selže, odebrali některé disky. Snížili hustotu balení. Vynutili si zhroucení.
Proces se jen tak nevytratil. Postupně se nepropadl do chaosu.
Proces tavení časoprostorového krystalu se vyvíjel ve třech samostatných fázích.
- Časová synchronizace je lokálně narušena. Oblasti krystalu ztrácejí rytmus. Zbytek pokračuje v pohybu.
- Rytmus je zcela zničen. Časový řád zmizí. Krystal si však zachovává svůj prostorový tvar. Prostor a čas jsou odděleny.
- Mřížka se zhroutí. Fyzická struktura se rozpadne. Materiál se stává neuspořádanou kapalinou.
Jsou za tím dva různé fyzikální procesy.
Ztráta časového řádu je způsobena oslabením interakcí částic. Ke kolapsu samotného krystalu dochází v důsledku šíření defektů mřížkou.
Proč je to důležité?
Protože pravidla, která řídí pořádek v čase, se liší od pravidel, která řídí pořádek ve vesmíru.
“Naše experimentální výsledky odhalují složitý tříkrokový scénář tání,” napsali vědci. Poznamenali, že prostorová a časová symetrie se rozpadá při různých kritických hodnotách. Prostřednictvím různých mechanismů. Jednají samostatně.
To neznamená, že všechny krystaly časoprostoru se chovají stejně. Kvantové systémy se mohou lišit.
Ale experiment dokazuje, že prostor a čas lze oddělit během fázového přechodu.
To otevírá nové cesty pro studium komplexního narušování symetrie v klasických systémech. Exotické nerovnovážné fáze již nejsou jen teorií. Jsou vidět. I když jen na pár hodin, na vibračním stole v Číně.
