Кристалл впервые показал свойство пространства и времени: плавятся по отдельности

Физики впервые наблюдали плавление кристалла времени

Представьте себе кристалл, который упорядочен не только в пространстве, но и во времени. Тогда его атомы образуют повторяющуюся решётку, которая ещё и пульсирует в устойчивом ритме. Физики из Шанхайского университета впервые наблюдали, как такой кристалл плавится, и обнаружили, что этот процесс происходит не так, как у обычных твёрдых тел, а в три совершенно разные стадии.

Ingram Images/Global Look Press

Китайские физики доказали, что временной порядок разрушается задолго до того, как теряется пространственная симметрия. Это означает, что время и пространство могут «таять» отдельно друг от друга, подчиняясь разным физическим механизмам.

Вместо того чтобы пытаться создавать квантовый кристалл времени, который невероятно трудно построить и удержать в стабильном состоянии, исследователи использовали классическую механическую модель — плоскую поверхность, вибрирующую с частотой 100 Герц, на которую они поместили сотни крошечных пластиковых дисков с шестью угловатыми ножками. По словам специалистов, когда диски сталкивались с вибрирующей пластиной, они получали случайные импульсы, и это должно было привести к хаотическому движению.

При достаточной плотности диски самопроизвольно организовывались в треугольную кристаллическую решётку, которая начинала вращаться как единое твёрдое тело с периодом около пяти часов. Это вращение было поразительно стабильным и не зависело от внешней вибрации, создавая таким образом долгопериодический ритм, который и делал эту систему классическим аналогом пространственно-временного кристалла.

Чтобы спровоцировать плавление, учёные начали удалять часть дисков, уменьшая плотность системы. Вместо того, чтобы постепенно прийти в исходный хаос, кристалл расплавился в три чётких этапа: сначала синхронизированный ритм начал сбиваться в отдельных местах, но решётка в целом сохраняла свой порядок, затем временное упорядочение полностью рухнуло, хотя пространственная структура ещё держалась, и только на финальной стадии распалась и сама кристаллическая решётка, превратившись в неупорядоченную жидкость.

Исследователи выяснили, что потеря временного порядка связана с ослаблением взаимодействий между частицами, тогда как разрушение происходит из-за распространения дефектов по решётке.

«Это чёткое различие между двумя механизмами показывает, что правила, управляющие порядком во времени, фундаментально отличаются от правил, управляющих порядком в пространстве, что подтверждает теоретические предсказания о независимости этих двух симметрий даже в процессе разрушения», — поясняют учёные.

Хотя эта модель далека от квантовых систем, где пространственно-временные кристаллы были впервые предсказаны, она показывает, что принципы нарушения симметрии могут проявляться удивительно единообразно на разных масштабах.