فیزیکدانان در آزمایشی به ظاهر غیرممکن، دو کریستال زمان را به هم پیوند می دهند

فیزیکدانان سیستمی از دو کریستال زمان متصل ایجاد کرده اند که سیستم های کوانتومی عجیبی هستند که در یک حلقه بی پایان گیر کرده اند که قوانین عادی ترمودینامیک در مورد آنها اعمال نمی شود. فیزیکدانان امیدوارند با اتصال دو کریستال زمان به یکدیگر، از این فناوری برای ساختن نوع جدیدی از کامپیوتر کوانتومی استفاده کنند.

سامولی اوتی، دانشمند ارشد این پروژه از دانشگاه لنکستر در بریتانیا، در ایمیلی به Live Science گفت: «کاوش در یک مرحله کاملاً جدید از ماده یک امتیاز نادر است.

از کریستال به کریستال زمان

ما همیشه در زندگی روزمره با کریستال های معمولی مواجه می شویم، از یخ در یک کوکتل گرفته تا الماس در جواهرات. در حالی که کریستال ها زیبا هستند، برای یک فیزیکدان نشان دهنده شکست تقارن طبیعی طبیعت هستند.
قوانین فیزیک در فضا متقارن هستند. این بدان معناست که معادلات اساسی گرانش یا الکترومغناطیس یا مکانیک کوانتومی به طور یکسان در کل حجم جهان اعمال می شود. آنها همچنین در هر جهتی کار می کنند. بنابراین، یک آزمایش آزمایشگاهی که 90 درجه چرخانده می شود باید نتایج یکسانی را به همراه داشته باشد (البته همه چیز برابر است)

در سال 2012، فرانک ویلچک، فیزیکدان، در موسسه فناوری ماساچوست، متوجه شد که قوانین فیزیک نیز دارای تقارن زمانی هستند. این بدان معناست که هر آزمایشی که در زمان بعدی تکرار شود باید همان نتیجه را ایجاد کند. ویلچک قیاسی با کریستال های معمولی کرد، اما در بعد زمان، این تقارن خود به خودی را که در زمان می شکند، کریستال زمان نامید. چند سال بعد، فیزیکدانان بالاخره توانستند یکی را بسازند.

اسرار کوانتومی

اوتی می‌گوید: «کریستال زمان به حرکت خود ادامه می‌دهد و به صورت دوره‌ای در زمان بدون تشویق خارجی تکرار می‌شود.» این امکان پذیر است زیرا کریستال زمان در پایین ترین حالت انرژی خود قرار دارد. قوانین اساسی مکانیک کوانتومی از ثابت ماندن کامل حرکت جلوگیری می کند و بنابراین کریستال زمان در چرخه بی پایان خود “گیر” می کند.

اوتی خاطرنشان کرد: «این بدان معناست که آنها ماشین‌های حرکت دائمی هستند و بنابراین غیرممکن هستند.

قوانین ترمودینامیک نشان می‌دهد که سیستم‌های در تعادل به سمت آنتروپی یا بی‌نظمی بیشتر تمایل دارند – یک فنجان قهوه که بیرون نشسته باشد همیشه خنک می‌شود، یک آونگ در نهایت حرکت را متوقف می‌کند و توپی که روی زمین می‌غلتد در نهایت استراحت می‌کند. اما یک کریستال زمان با آن مخالفت می کند، یا به سادگی آن را نادیده می گیرد، زیرا به نظر نمی رسد که قوانین ترمودینامیک در مورد آن صدق کند. در عوض، کریستال های زمان تابع مکانیک کوانتومی هستند، قوانینی که بر باغ وحش ذرات زیراتمی حاکم است.

اوتی با اشاره به این واقعیت که حالت‌های مکانیکی کوانتومی عجیب و غریب برای زمان لازم است، گفت: «در فیزیک کوانتومی، یک ماشین حرکت دائمی تا زمانی که چشم‌هایمان را بسته نگه‌داریم خوب است و فقط با مشاهده حرکت باید شروع به کند شدن کند». کریستال ها پس از تعامل با محیط خود (به عنوان مثال، اگر آنها را مشاهده کنیم) نمی توانند به کار خود ادامه دهند.

این نشان می دهد که فیزیکدانان نمی توانند به طور مستقیم کریستال های زمان را مشاهده کنند. لحظه ای که آنها سعی می کنند یکی را تماشا کنند، قوانین کوانتومی که به آنها اجازه وجود می دهد شکسته می شوند و کریستال زمان متوقف می شود. و این مفهوم فراتر از مشاهده است: هر گونه تعامل به اندازه کافی قوی با محیط خارجی که حالت کوانتومی کریستال زمان را از بین ببرد، باعث می شود که کریستال زمان نباشد.

اینجاست که تیم اوتی وارد عمل شد و سعی کرد از طریق مشاهدات کلاسیک راهی برای تعامل با کریستال زمان کوانتومی بیابد. در کوچکترین مقیاس، فیزیک کوانتومی حاکم است. اما حشرات و گربه ها و سیارات و سیاهچاله ها با قوانین قطعی مکانیک کلاسیک بهتر توصیف می شوند.

پیوستار از فیزیک کوانتومی تا فیزیک کلاسیک به خوبی درک نشده است. نحوه تبدیل شدن یکی به دیگری یکی از اسرار برجسته فیزیک مدرن است. بلورهای زمان بخشی از رابط بین دو جهان را در بر می گیرند. شاید بتوانیم یاد بگیریم که چگونه رابط را حذف کنیم. اوتی گفت: با مطالعه جزئیات کریستال های زمان.

میگنون های جادویی

در مطالعه جدید، اوتی و تیمش از “مگنون” برای ساختن کریستال زمان خود استفاده کردند. مگنون ها “شبه ذرات” هستند که در حالت جمعی گروهی از اتم ها ظاهر می شوند. در این مورد، تیم فیزیکدان هلیوم-3 – اتم هلیوم با دو پروتون اما فقط یک نوترون – را گرفتند و آن را تا ده هزارم درجه بالای صفر مطلق سرد کردند. در