Vor kurzem haben Wissenschaftler den allerersten gefangen genommen Bildmaterial eines Raum-Zeit-Kristalls - auch STC genannt oder einfach "Zeitkristall" genannt - die Welt laut einer aktuellen Studie den verrückten Pulsationen dieser bizarren Phase physikalischer Materie aussetzen in der Zeitschrift veröffentlicht Physical Review Letters .
Hier fragen sich einige von Ihnen vielleicht, ob wir uns zu weit in einen trendigen New-Age-Laden gewagt haben, aber beachten Sie: Zeitkristalle sind echt und der visuelle Beweis wird unten vorgestellt .
Raum-Zeit-Kristalle von der Theorie in die Physik bringen
2017 erstellte ein Team von Physikern der UC Berkeley einen Entwurf für eine neuartige Phase der Materie: den Zeitkristall. Veröffentlichung ihre Arbeit in der Zeitschrift Physical Review Letters Viele waren überrascht, das empirische Rezept für die Herstellung eines Echtzeitkristalls zu lernen.
Forscher der Harvard University und der University of Maryland waren von der Entwicklung begeistert und verfolgten das Rezept seit seiner Erstveröffentlichung in ein Preprint-Server - und ihre eigenen Zeitkristalle mit zwei unterschiedlichen Methoden gekocht: eingefangene Ionen und Laser.
Sie können keinen Zeitkristall in Ihren Händen halten und sich etwas wünschen, und er wächst nicht zu Hause auf einem esoterischen Rokoko-Tisch, wenn Sie Leitungswasser und Salz hinzufügen und ein paar trippy klingende Worte sagen. Aber seit JahrenDas Zeitkristallkonzept wurde als mathematische Vorhersage auf Papier geklebt. Aber dann existierte es endlich in einem Labor. auf Quantenebene .
Zeitkristalle sind sehr komplizierte Dinge, aber zur Vereinfachung: Betrachten Sie einen typischen Kristall.
Zeitkristalle weisen 'zeitliche Periodizität' auf
Kristalle sind eine Ansammlung von Atomen, die in einem sich wiederholenden periodischen Muster im 3D-Raum angeordnet sind. Bevor Flüssigkeiten zu Kristallen werden, müssen sie ein Raumvolumen homogen einnehmen - ähnlich wie Wasser in einer vollen Tasse im Grunde überall gleich istin der Tasse.
jedoch wann diese symmetrische Verteilung Wasser kristallisiert, seine Atome bilden starre Strukturen, die sich wie ein Muster wiederholen. Diese Symmetrie ist jedoch nicht omnidirektional - die Muster wiederholen sich nur in einige Richtungen, nicht in alle.
Bereits 2012 war Frank Wilczek - Nobelpreisträger - diese Periodizität vorhergesagt oder selektives Wiederholungsmuster könnte sich bis in die vierte Dimension erstrecken. Ja, wir sprechen von Zeit. Wilczek dachte, ein System in seinem niedrigstmöglichen Energiezustand würde den Kristall im Raum wie jeden anderen Kristall effektiv "einfrieren" - und damitbeobachtbar sein.
Wilczek argumentierte weiter, dass, wenn diese niederenergetischen Systematome von ihrer Ausgangsposition abweichen würden, die Zeittranslationssymmetrie - was die Vorstellung ist, dass ein einzelner Zeitpunkt der gleiche wie jeder andere ist - gebrochen würde.
Zeitübersetzungssymmetrie ist wie das Werfen einer Münze, was uns eine 50/50-Chance gibt, Kopf oder Zahl zu bekommen - und diese Wahrscheinlichkeit gilt unabhängig davon, wie lange oder kurz wir dafür brauchen. Genau wie das WasserBeispiel für räumliche Symmetrie: Andere Objekte existieren im Laufe der Zeit auf ähnliche Weise - in einem Zustand, den wir als zeitliche Periodizität bezeichnen können.
Microsoft Station Q zeigte, dass Zeitkristalle funktionieren könnten
Wilzceks vierdimensionaler Kristall hat eine zeitliche Symmetrie, das heißt, er existiert oder passiert in normalen Zeitintervallen. Er stellte jedoch die Hypothese auf, dass das Bringen von Zeitkristallen auf das niedrigstmögliche Energieniveau diese Symmetrie brechen könnte, was wie ein Umdrehen wäreeine Münze in zehn Sekunden mit einer 50/50-Chance, aber dann in 20 Sekunden erneut und die Entdeckung der Wahrscheinlichkeit hat sich irgendwie auf einen 20/80-Split verschoben.
Die Physik ermöglicht es der Materie, spontan Kristalle zu bilden - oder feste Objekte, deren Struktur sich wiederholende räumliche Muster oder Periodizität bricht. Die Gesetze des physikalischen Universums sollten auch Zeitkristalle spontan bilden lassen, wodurch die Symmetrie der Zeit gebrochen wird. Wilczeks Hypothese vermutete diesbeobachtbar im periodischen Verhalten mehrerer thermodynamischer Prozesse - wie in einem Ionenring, der sich in seinem niedrigsten Energiezustand dreht.
Wenn es passiert ist, könnte es sich wie ein Pendel verhalten, das in der Lage ist, die Zeit zu messen. "[D] Die spontane Bildung eines Zeitkristalls repräsentiert das spontane Auftauchen einer Uhr", sagte Wilczek. an MIT Technology Review Bericht .
Wilczek stieß auf Schwierigkeiten bei den Theorien für Zeitkristalle, aber 2016 arbeitete eine Gruppe von Physikern an der UC Santa Barbara-Forschungseinrichtung Station Microsoft von Microsoft. entdeckt, wie man korrigiert für Wilczeks Schwierigkeiten. Unter der Leitung des Physikers Chetan Nayak, der frühere Forschungen nutzte von der Princeton University Station Q hat bewiesen, dass Zeitkristalle mit Zeittranslationssymmetrie spontan brechen und zeitliche Periodizität zeigen können.
Zeitkristalle könnten es Autos ermöglichen, über Radar zu kommunizieren, Quantencomputer zu verbessern und vieles mehr
Die Geschichte der Zeitkristalle enthält noch viel mehr, aber das aktuelle Filmmaterial aus dem Jahr 2021 wurde mit einem Röntgenmikroskop mit Rastertransmission namens Maxymus am Helmholtz-Zentrum Berlin aufgenommen - und gibt uns einen ersten Einblick in das Verhalten von Zeitkristallen, die ursprünglich in einem Labor im Jahr 2016 erstellt wurden. Diese Entwicklung erwartet "herausragende neue Möglichkeiten in der Grundlagenforschung", lesen Sie die aktuelle Studie von Maxymus .
Das neue Video dient als visueller Beweis für die zeitliche Periodizität von Zeitkristallen - eine schwankende, pendelartige "Bewegung" von einer Konfiguration zur anderen. Die Uhr-Analogie ist zutreffend, da Wissenschaftler vermuten, dass diese Entdeckung eines Tages verwendet werden könnte, um die Zeit zu haltenoder sogar Speicher in Quantencomputern der Zukunft speichern.
Ein Doktorand namens Nick Träger vom Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme in Deutschland leitete die jüngste Studie gemeinsam mit dem Physiker Pawel Gruszecki von der Adam-Mickiewicz-Universität Polen. Zusammen schmiedeten sie einen relativ massiven Zeitkristall beiRaumtemperatur - im Maßstab von mehreren Mikrometern. Diese relativ "Makro" -Skala unterschied Trägers Team von früheren Bemühungen allein - ganz zu schweigen davon, einen Zeitkristall tatsächlich auf Film festzuhalten.
Träger und seine Kollegen haben mit Magnonen in einem mit einer mikroskopischen Antenne ausgestatteten Magnetstreifen einen Zeitkristall erzeugt. Diese Antenne verursachte über Hochfrequenzstrom ein oszillierendes Magnetfeld.
In das Video Sie können sehen, dass die magnetische Wellenleiterstruktur Röntgenstrahlen in den verblassenden und wieder auftauchenden Linien absorbiert - wobei dunklere Bereiche im Gegensatz zu helleren Bereichen Röntgenabsorption bedeuten. Insgesamt zeigt dieses Video die periodische Schwingung von Materie insowohl Zeit als auch Raum.
"Es ist ein bisschen verwirrend, aber wir induzieren die Magnonen im Streifen elektrisch mit einer Antenne oben auf der Struktur", sagte Träger in. ein Bericht von VICE .
"Man könnte sich ein Szenario vorstellen, in dem beispielsweise Autos nur über Radarsignale miteinander kommunizieren und 'Magnonische Raum-Zeit-Kristalle' als effiziente Komponente in solchen Systemen fungieren könnten", erklärte Träger in der VICE Bericht. Und die Anwendungen gehen weiter: Diese Zeitkristalle könnten sich verbessern. Bildgebungs- und Kommunikationstechnologien , Radar und fortgeschrittene Forschung in der nichtlinearen Wellenphysik.