Физики из Шанхайского университета Цзяо-Тун совершили нечто странное.
Они создали настольный кристалл пространства-времени. А затем наблюдали, как он тает.
И вот результат: пространство и время разрушаются независимо друг от друга.
Обычно мы считаем плавление процессом простым. Твердое тело переходит в жидкое. Энтропия побеждает. Порядок умирает.
Этот материал с этим не согласен.
В экзотическом состоянии, известном как кристалл пространства-времени, время и пространство могут плавиться по отдельности. Результаты исследования, опубликованные в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, предоставляют редкую возможность увидеть, как эта необычная материя распадается.
Начнем с определения. Обычно «кристалл» означает атомы, расположенные в трехмерной решетке. Повторяющиеся паттерны. Идеальный порядок.
Кристалл пространства-времени добавляет к этому уравнению время.
Структура повторяется как в пространстве, так и во времени. Атомы колеблются с устойчивым, повторяющимся ритмом. Цикл повторяется снова и снова.
Создать их сложно. Сохранить их стабильность еще сложнее. Квантовые версии представляют собой огромные технические вызовы. Поэтому команда обратилась к классическому аналогу.
Представьте себе пластину Хладни. Вы вибрацией поверхности задаете частоту в 100 герц. Песчинки начинают танцевать и оседают в узлах.
Но в этом эксперименте песок заменен на крошечные пластиковые диски. Каждый диск имеет шесть загнутых штырьков. Они хаотично дрожат на вибрирующей платформе. Случайные толчки от движущей силы.
Без ровных линий.
Если, конечно, не насыпать достаточно дисков.
Тогда происходит магия.
Сотни дисков спонтанно организуются в треугольную решетку. Вся группа вращается как единое целое. Один полный оборот занимает пять часов.
Это синхронизированное движение выживает даже при наличии шума. Оно длится почти сутки.
Ключевой момент заключается в том, что этот пятичасовой спин отличается от 100-герцовой частоты привода. Привод лишь подает энергию. Долгопериодные колебания возникают сами по себе.
Чтобы увидеть, что происходит, когда порядок дает сбой, исследователи удалили часть дисков. Они снизили плотность упаковки. Они принудительно вызвали плавление.
Процесс не просто затух. Он не перешел постепенно в хаос.
Процесс плавления кристалла пространства-времени развился в три отдельных фазы.
- Локально нарушается синхронизация времени. Участки кристалла теряют ритм. Остальная часть продолжает двигаться.
- Ритм полностью разрушается. Временной порядок исчезает. Тем не менее, кристалл сохраняет свою пространственную форму. Пространство и время разъединяются.
- Решетка коллапсирует. Физическая структура распадается. Материал становится похожим на неупорядоченную жидкость.
За этим стоят два разных физических процесса.
Потеря временного порядка вызвана ослаблением взаимодействия частиц. Сам коллапс кристалла происходит из-за распространения дефектов через решетку.
Почему это важно?
Потому что правила, управляющие порядком во времени, отличаются от правил, управляющих порядком в пространстве.
«Наши экспериментальные результаты выявляют сложный трехэтапный сценарий плавления», — написали исследователи. Они отметили, что пространственная и временная симметрии разрушаются при различных критических значениях. Через разные механизмы. Они действуют независимо.
Это не означает, что все кристаллы пространства-времени ведут себя так же. Квантовые системы могут отличаться.
Но эксперимент доказывает, что пространство и время могут разъединяться в ходе фазового перехода.
Это открывает новые пути для изучения сложного нарушения симметрии в классических системах. Экзотические неравновесные фазы перестали быть просто теорией. Их можно увидеть. Даже если лишь несколько часов, на вибрирующем столе в Китае.
