Ещё со школы все мы слышали о трех состояниях материи: твердом, жидком и газообразном. Те, кто дружил с физикой и химией ещё знают про плазму. Но современная наука расширяет наши познания о материи. Ученые получили множество экзотических форм материи: сверхтекучие жидкости, конденсаты Бозе-Эйнштейна, вырожденную нейтронами материю и многие другие. Среди этих многих других и находится кристалл времени. Так что же это такое?
Кристалл времени... Звучит как что-то из фантастических фильмов низкого качества. Но на самом деле это уже наша с вами реальность. Для создания кристалла ученые использовали квантовый компьютер.
Что же такое кристалл времени?
Давайте сразу поговорим об обычных кристаллах, чтобы было понятней. Форму и вид кристалла определяет расположение атомов в кристаллической решетке — "сетке", в которой расположены атомы. И от того, как расположены атомы в этой "сетке" будет зависеть свойства кристалла. Кристалл — это не что-то обязательно дорогое или редкое. Каждый день мы сталкиваемся с кристаллами: сахар и соль являются кристаллами.
Основными свойствами кристаллической решетки являются ширина, высота и длинна (в кристаллографии эти величины называются иначе, но для понимания будем называть их так). Но существует еще и четвертая координата — время. Физики задались вопросом, могут ли атомы располагаться в одинаковых образцах в зависимости от времени.
Звучит пока что не очень понятно. Давайте немного поясню. Допустим, вы создали кристалл с определенной структурой. Вы решили нагреть кристалл, из-за этого атомы начали менять свое положение в кристаллической решетке. И вот вы перестали греть свой кристалл. Если это был бы обычный кристалл, то ничего особенного не произойдет: после нагрева атомы не изменят своего положения. А вот если это был бы кристалл времени, то в зависимости от того, сколько времени прошло после нагрева, атомы двигались бы в разных направлениях: они бы вернулись обратно, в состояние до нагрева, а потом снова, в состояние после нагрева. И этот цикл может повторяться очень много раз. Только вам не нужно нагревать кристалл, чтобы это происходило.
И что особенного в кристалле времени?
Если вы смогли создать кристалл, атомы которого могут сами по себе возвращаться в исходное состояние — это уже огромное достижение. Ведь такое поведение противоречит одному из главных постулатов физики: второму закону термодинамики.
А как этот кристалл противоречит термодинамике? Мы нагрели кристалл, приложив энергию и атомы сдвинулись, беспорядок в кристалле возрос. Атомы в кристалле времени сами по себе, без внешнего влияния, возвращаются в исходную позицию, что ведет к уменьшению беспорядка в системе. Термодинамика запрещает такие явления.
Если вам сложно представить это на атомах, вот вам пример из жизни: представьте что вы добавляете в свое утреннее кофе молоко. Вы, как обычно, размешиваете молоко ложкой и получаете однородный напиток: кофе с молоком. Пока все в порядке. Но вот если бы молоко резко всплыло, отделившись от кофе вы бы удивились. Ученые бы тоже удивились, ведь это противоречит второму закону термодинамики. А вот с кристаллами времени происходит что-то подобное: сразу они, как и молоко, изменили свое положение, создав беспорядок. Но потом неожиданно они изменили свое положение, без всяких воздействий.
Что же сделали ученые?
Для создания кристалла времени ученые использовали квантовый компьютер. Такой компьютер не использует в качестве процессора кремниевую плату. Он взаимодействует с атомами напрямую.
Упорядочивая атомы в таком компьютере ученые могут создавать модели крошечных систем, которые не получить другими способами. Исследователи расположили атомы определенным образом, а потом посветили на них лазером, что позволило создать кристалл времени. Этот кристалл продержался всего несколько циклов возврата к исходному состоянию, но это уже отличный результат.
Зачем это нужно?
Кристаллы времени позволят сделать квантовые компьютеры более надежными, ведь такие кристаллы можно использовать в качестве запоминающего устройства.
А это позволит вывести квантовые вычисление на совершенно иной уровень. Это открывает безграничные горизонты для исследователей. Если получится создать полноценный, стабильный квантовый компьютер, то это вызовет скачок современной науки: ведь мы сможем с большей скоростью моделировать различные физические процессы, изучать болезни, а также создавать новые препараты.
А что вы думаете насчет важности таких исследований? Делитесь вашим мнением в комментариях, подписывайтесь на канал и ставьте лайки. Спасибо за прочтение.
Понравилась статья? Хотите почитать ещё что-нибудь интересное простым языком? Держите несколько статей: