Уникальный кристалл пространства-времени состоит из магнонов (квазичастицы, соответствующие элементарному возбуждению системы взаимодействующих спинов) при комнатной температуре. С помощью сканирующего просвечивающего рентгеновского микроскопа Maxymus в Bessy II в Центре Гельмгольца в Берлине ученые
Кристалл — это твердое тело, атомы или молекулы которого регулярно расположены в определенной структуре. Если посмотреть на него в микроскоп, можно обнаружить атом или молекулу всегда с одинаковыми интервалами. Это похоже на кристаллы пространства-времени: в которых повторяющаяся структура существует не только в пространстве, но и во времени. Самые маленькие компоненты постоянно находятся в движении, пока по прошествии определенного периода они снова не приведут в исходное состояние.
В 2012 году лауреат Нобелевской премии по физике Франк Вильчек открыл симметрию материи во времени. Его считают первооткрывателем этих так называемых кристаллов времени, хотя как теоретик он предсказал их только гипотетически. С тех пор несколько ученых искали материалы, в которых наблюдается это явление. Тот факт, что кристаллы пространства-времени действительно существуют, был впервые подтвержден в 2017 году. Однако размеры структур составляли всего несколько нанометров, и они образовывались только при очень низких температурах ниже –250°C. Тот факт, что ученые теперь преуспели в отображении относительно больших пространственно-временных кристаллов размером в несколько микрометров на видео при комнатной температуре, считается новаторским. Но также потому, что они смогли показать, что их пространственно-временной кристалл, состоящий из магнонов, может взаимодействовать с другими магнонами, которые сталкиваются с ним.
Международная группа исследователей из Университета Аалто, Университета Восточной Финляндии, Технологического института
Фотонные кристаллы времени отличаются от традиционных кристаллов тем, что они обладают временной, а не пространственной структурой. Эти материалы остаются однородными в пространстве, но периодически изменяются во времени, что создает уникальные условия для распространения света. В результате внутри кристалла возникает эффект импульсных запрещенных зон, где свет задерживается и его интенсивность растёт со временем.
Одним из ключевых приложений фотонных кристаллов времени может стать создание нанодатчиков. Эти устройства будут способны обнаруживать мельчайшие частицы, такие как вирусы или биомаркеры заболеваний. При попадании частиц на поверхность датчика кристалл сможет улавливать испускаемый свет и автоматически усиливать его, что значительно повысит точность и чувствительность современных методов диагностики.
Разработка фотонных кристаллов времени для видимого света долгое время оставалась сложной задачей из-за необходимости сверхбыстрых изменений свойств материалов с большой амплитудой. Ранее исследователи смогли экспериментально продемонстрировать фотонные кристаллы времени на низких частотах, таких как микроволны. Однако сейчас команда предложила новый подход, позволяющий достичь истинно оптических фотонных временных кристаллов.
Используя массив крошечных кремниевых сфер, исследователи продемонстрировали, что условия, необходимые для усиления света, могут быть реализованы в лаборатории. Это открытие закладывает основу для более компактных и мощных оптических устройств, таких как лазеры и датчики, что обещает серьезные изменения в различных областях науки и техники.
Формулировка «кристалл пространства-времени» научно некорректна и является ярким примером мистификации через метафору, характерной для хайповых научно-популярных публикаций.
Пространство и время — это физические категории, а не материальные объекты с внутренней структурой, как, например, атомная решётка в алмазе. В физике нет доказательств и даже теоретических моделей, в которых само пространство-время имеет периодическую, кристаллоподобную организацию. Такие идеи иногда появляются в спекулятивной теоретической физике (например, в гипотезах о дискретности пространства-времени на планковском масштабе), но они не подтверждены экспериментально и не имеют отношения к обсуждаемой публикации.
Таким образом, «кристалл пространства-времени» — это не существующий в науке объект. Это поэтическая метафора, выданная за реальность.
Термин «кристалл времени» был введён Франком Вильчеком в 2012 году как теоретическая гипотеза о новом состоянии материи, в котором система периодически повторяет своё состояние во времени, даже в основном (энергетически минимальном) состоянии. Это аналогично тому, как обычный кристалл имеет периодичность в пространстве, а «кристалл времени» — в времени.
Но важно понимать:
Почему публикация вводит в заблуждение? Ложная аналогия: Авторы говорят: «как в обычных кристаллах атомы упорядочены в пространстве, так в кристаллах времени порядок — во времени». Это упрощение, допустимое в популяризации, но без указания границ метафоры оно вводит в заблуждение. Читатель может подумать, что время само по себе стало кристаллом. Использование термина «кристалл пространства-времени»: Это выдуманный термин, не используемый в научной литературе. Настоящие «кристаллы времени» — это динамические состояния в материи, а не искажение структуры пространства-времени. Смешение разных явлений: Сначала речь о магнонах в магнитном материале, где наблюдается периодическая динамика намагниченности. Потом — о фотонных кристаллах времени, где свойства среды искусственно модулируются во времени (например, с помощью лазера). Это разные физические системы, и вторые не являются «кристаллами времени» в смысле Вильчека, потому что их периодичность навязана извне, а не спонтанна.