С помощью света удалось создать уникальные кристаллы времени, их можно увидеть невооруженным глазом

Кристаллы времени возникают из изломов, которые появляются при освещении жидких кристаллов светом — такие же, как те, что находятся внутри ЖК-экранов. Данные о кристаллах времени опубликованы в журнале Nature Materials.

В отличие от обычных кристаллов, эти «психоделические тигриные полосы», как назвали их ученые, видимые. Это открывает перед исследователями новые возможности для изучения этой странной фазы материи, а также имеет ряд практических применений: от телекоммуникаций до разработки систем защиты от подделок и хранения данных.

Узоры можно наблюдать непосредственно под микроскопом, а при особых условиях они видны даже невооруженным глазом. Впервые предложенные в 2012 году лауреатом Нобелевской премии по физике Фрэнком Вильчеком, кристаллы времени представляют собой группы частиц, повторяющиеся во времени, подобно тому, как другие кристаллы повторяются в пространстве. Это поведение интригует физиков — физические законы полностью симметричны в пространстве и, в основном, во времени, что приводит к результатам, которые одинаковы независимо от их направления в пространстве или времени.

Однако кристаллы нарушают эту симметрию, выстраиваясь в определённом пространственном направлении. Это означает, что, несмотря на то, что физические законы сохраняют свою основополагающую симметрию, эти законы приводят к разным результатам для кристаллов в зависимости от направления их воздействия.

И подобно тому, как обычные кристаллы нарушают симметрию в пространстве, кристаллы времени нарушают ее во времени. Они существуют в минимально возможной энергии, допускаемой квантовой механикой, и колеблются между двумя состояниями без замедления.

Эти свойства привели к утверждениям, что кристаллы времени – это вечные двигатели, нарушающие второй закон термодинамики, но это не так. Кристаллы, приводимые в движение фотонами, или частицами света, не могут терять или приобретать энергию; падающий на них свет лишь заставляет их повторять цикл смены двух состояний.

После предложения Вильчека физики создали и изучили кристаллы времени внутри алмазов, квантовых компьютеров и атомов рубидия, возбужденных до размеров, в сотни раз превышающих их типичные размеры. Однако эти кристаллы невозможно увидеть напрямую — их изучают посредством флуктуаций лазерного света.

Чтобы создать видимые кристаллы времени, в рамках исследования ученые поместили жидкие кристаллы — стержнеобразные молекулы, которые ведут себя одновременно как твердые тела и как жидкости, — между двумя покрытыми красителем стеклянными пластинами. При правильном сжатии эти молекулы образуют изгибы, которые могут двигаться и даже вести себя как атомы.

Подсвечивая стеклянные кусочки светом, исследователи заставляли покрывающие их молекулы красителя смещаться и, в свою очередь, сжимать жидкие кристаллы, образуя тысячи новых перегибов, которые перемещались по раствору, взаимодействуя регулярно с течением времени. Даже когда ученые повышали или понижали температуру, движение перегибов оставалось неизменным.

Авторы исследования утверждают, что их новая система может в будущем стать основой для создания «водяных знаков времени», четкие узоры которых значительно усложнят подделку купюр высокого номинала. Наложение кристаллов друг на друга может также создавать ещё более сложные узоры, способные хранить большие объемы данных.