โดย Paul Sutter เผยแพร่เมื่อประมาณ 19 ชั่วโมงที่แล้ว เว็บตรง ความสําเร็จของคริสตัลเวลาใหม่สามารถช่วยเชื่อมฟิสิกส์คลาสสิกและควอนตัมได้
ในปี 2012 นักฟิสิกส์ Frank Wilczek เป็นผู้เสนอแนวคิดเรื่องคริสตัลเวลา (เครดิตภาพ: จวนชัย ปุณเดช/อายเอม ผ่าน Getty Images)นักฟิสิกส์ได้สร้างระบบของผลึกเวลาที่เชื่อมต่อสองแบบซึ่งเป็นระบบควอนตัมแปลก ๆ ที่ติดอยู่ในลูปที่ไม่มีที่สิ้นสุดซึ่งกฎปกติของอุณหพลศาสตร์ไม่ได้ใช้ ด้วยการเชื่อมต่อผลึกเวลาสองเม็ดเข้าด้วยกันนักฟิสิกส์หวังว่าจะใช้เทคโนโลยีนี้เพื่อสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมชนิดใหม่ในที่สุด
”มันเป็นสิทธิพิเศษที่หายากในการสํารวจขั้นตอนใหม่ของสสาร” Samuli Autti นักวิทยาศาสตร์ชั้นนํา
ในโครงการจากมหาวิทยาลัยแลงคาสเตอร์ในสหราชอาณาจักรบอกกับ Live Science ในอีเมล
จากคริสตัลสู่คริสตัลแห่งกาลเวลาเราพบคริสตัลธรรมดาตลอดเวลาในชีวิตประจําวันตั้งแต่น้ําแข็งในค็อกเทลไปจนถึงเพชรในเครื่องประดับ ในขณะที่คริสตัลสวยสําหรับนักฟิสิกส์พวกเขาเป็นตัวแทนของการสลายสมมาตรปกติของธรรมชาตินักเศรษฐศาสตร์ปริญญาเอกเตือน: “วันแปลก ๆ กําลังจะมาถึง”
วิสัยทัศน์ประโยชน์ กฎของฟิสิกส์มีความสมมาตรผ่านอวกาศ นั่นหมายความว่าสมการพื้นฐานของแรงโน้มถ่วงหรือแม่เหล็กไฟฟ้าหรือกลศาสตร์ควอนตัมใช้อย่างเท่าเทียมกันตลอดทั้งปริมาตรของจักรวาล พวกเขายังทํางานในทิศทางใด ๆ ดังนั้นการทดลองในห้องปฏิบัติการที่หมุนได้ 90 องศาควรให้ผลลัพธ์เดียวกัน (แน่นอนว่าทุกอย่างเท่ากัน)
แต่ในคริสตัลความสมมาตรที่งดงามนี้ถูกทําลาย โมเลกุลของคริสตัลจัดเรียงตัวเองในทิศทางที่ต้องการสร้างโครงสร้างเชิงพื้นที่ซ้ํา ในศัพท์แสงของนักฟิสิกส์คริสตัลเป็นตัวอย่างที่สมบูรณ์แบบของ “การทําลายสมมาตรที่เกิดขึ้นเอง” – กฎพื้นฐานของฟิสิกส์ยังคงสมมาตร แต่การจัดเรียงของโมเลกุลไม่ได้
ในปี 2012 นักฟิสิกส์ Frank Wilczek ที่สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์สังเกตเห็นว่ากฎของฟิสิกส์ยังมีความสมมาตรของเวลา นั่นหมายความว่าการทดลองใด ๆ ที่เกิดขึ้นซ้ํา ๆ ในภายหลังควรให้ผลลัพธ์เดียวกัน Wilczek ทําการเปรียบเทียบกับผลึกปกติ แต่ในมิติของเวลาการขนานนามความสมมาตรที่เกิดขึ้นเองนี้ทําลายผ่านกาลเวลาเป็นผลึกเวลา ไม่กี่ปีต่อมานักฟิสิกส์ก็สามารถสร้างได้ในที่สุด
ที่เกี่ยวข้อง: ’อนุภาค X’ จากรุ่งอรุณของเวลาที่ตรวจพบภายในขนาดใหญ่ Hadron Collider
ความลับควอนตัม”ผลึกเวลายังคงเคลื่อนไหวและทําซ้ําตัวเองเป็นระยะ ๆ ในเวลาที่ไม่มีกําลังใจจากภายนอก” Autti สิ่งนี้เป็นไปได้เนื่องจากผลึกเวลาอยู่ในสถานะพลังงานต่ําสุด กฎพื้นฐานของกลศาสตร์ควอนตัมป้องกันไม่ให้การเคลื่อนไหวหยุดนิ่งอย่างสมบูรณ์ดังนั้นผลึกเวลาจึงยังคง” ติดอยู่” ในวงจรที่ไม่มีวันสิ้นสุด
”นี่หมายความว่าพวกมันเป็นเครื่องจักรที่เคลื่อนไหวตลอดเวลา ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้” Autti
กฎของอุณหพลศาสตร์ชี้ให้เห็นว่าระบบในสมดุลมีแนวโน้มที่จะเอนโทรปีมากขึ้นหรือความผิดปกติ – ถ้วยกาแฟที่นั่งอยู่จะเย็นลงเสมอลูกตุ้มจะหยุดแกว่งในที่สุดและลูกบอลที่กลิ้งอยู่บนพื้นในที่สุดก็มาพัก แต่ผลึกเวลาท้าทายสิ่งนั้นหรือเพียงแค่เพิกเฉยเพราะกฎของอุณหพลศาสตร์ดูเหมือนจะใช้ไม่ได้กับมัน แต่ผลึกเวลาจะขึ้นอยู่กับกลศาสตร์ควอนตัมซึ่งเป็นกฎที่ควบคุมสวนสัตว์ของอนุภาคย่อยอะตอม
”ในฟิสิกส์ควอนตัมเครื่องเคลื่อนที่ถาวรนั้นใช้ได้ตราบใดที่เราหลับตาลงและจะต้องเริ่มชะลอตัวลงก็ต่อเมื่อเราสังเกตการเคลื่อนไหว” Autti กล่าวโดยอ้างถึงความจริงที่ว่าสถานะเชิงกลควอนตัมที่แปลกใหม่ที่จําเป็นสําหรับผลึกเวลาไม่สามารถทํางานต่อไปได้เมื่อมีปฏิสัมพันธ์กับสภาพแวดล้อมของพวกเขา (ตัวอย่างเช่น ถ้าเราสังเกตพวกเขา)
นี่หมายความว่านักฟิสิกส์ไม่สามารถสังเกตผลึกเวลาได้โดยตรง ช่วงเวลาที่พวกเขาพยายามดูกฎควอนตัมที่อนุญาตให้พวกเขาดํารงอยู่พังทลายลงและเวลาคริสตัลก็บดขยี้จนหยุดชะงัก และแนวคิดนั้นขยายออกไปนอกเหนือจากการสังเกต: ปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งพอกับสภาพแวดล้อมภายนอกที่ทําลายสถานะควอนตัมของผลึกเวลาจะทําให้หยุดการเป็นผลึกเวลา
นี่คือจุดที่ทีมของ Autti เข้ามาพยายามหาวิธีโต้ตอบกับผลึกเวลาควอนตัมผ่านการสังเกตแบบคลาสสิก ในระดับที่เล็กที่สุดฟิสิกส์ควอนตัมครองราชย์ แต่ข้อบกพร่องและแมวและดาวเคราะห์และหลุมดําได้รับการอธิบายได้ดีกว่าโดยกฎที่กําหนดขึ้นของกลศาสตร์คลาสสิก”ความต่อเนื่องจากฟิสิกส์ควอนตัมไปจนถึงฟิสิกส์คลาสสิกยังคงเข้าใจได้ไม่ดีนัก วิธีที่หนึ่งกลายเป็นอีกคนหนึ่งเป็นหนึ่งในความลึกลับที่โดดเด่นของฟิสิกส์สมัยใหม่ ผลึกเวลาครอบคลุมส่วนหนึ่งของอินเทอร์เฟซระหว่างสองโลก บางทีเราสามารถเรียนรู้วิธีลบอินเทอร์เฟซโดยศึกษาผลึกเวลาโดยละเอียด” Autti กล่าวแมกน็อนที่มีมนต์ขลังในการศึกษาใหม่ Autti และทีมของเขาใช้ “magnons” เพื่อสร้างผลึกเวลาของพวกเขา แมกนอนเป็น”quasiparticles” ซึ่งเกิดขึ้นในสภาพรวมของกลุ่มอะตอม ในกรณีนี้ทีมนักฟิสิกส์ได้นําฮีเลียม-3 ซึ่งเป็นอะตอมฮีเลียมที่มีโปรตอนสองตัว แต่มีนิวตรอนเพียงตัวเดียวและทําให้เย็นลงภายในหนึ่งหมื่นองศาเหนือศูนย์สัมบูรณ์ ที่อุณหภูมินั้นฮีเลียม -3 กลายเป็นคอนเดนเสท Bose-Einstein ซึ่งอะตอมทั้งหมดมีสถานะควอนตัมร่วมกันและทํางานร่วมกัน เว็บตรง
