Мы склонны думать о плавлении как об относительно простом процессе – постепенном движении твердого материала к жидкой энтропии.
Во Вселенной существует по крайней мере один материал, который делает это по-другому.
В экзотической форме материи, известной как кристалл пространства-времени, время и пространство могут плавиться независимо.
Используя настольный эксперимент, в котором сотни пластиковых дисков танцуют на вибрирующей пластине, физики из Шанхайского университета Цзяо Тун Китай впервые наблюдал плавление кристалла пространства-времени и обнаружил, что этот процесс протекает в три отдельные стадии.
Открытие, опубликованное в Трудах Национальной академии наук, дает физикам первую возможность наблюдать, как распадается это необычное состояние материи.
Слово «кристалл» может вызывать в воображении мерцающие призмы полупрозрачного камня, но в физике оно относится к тому, как атомы расположены в материале.
Кристалл — это твердый материал, в котором атомы образуют высокоупорядоченную трехмерную решетку, повторяющуюся в пространстве. То есть любая часть решетки может идеально накладываться на любую другую часть решетки.
Кристалл пространства-времени — это кристалл, структура которого повторяется не только в пространстве, но и во времени. Колебания атомов образуют повторяющийся стабильный ритм, который повторяется снова и снова.
Это состояние материи — то состояние, которое физики все еще пытаются понять, но кристаллы времени сложно построить, и их сложнее поддерживать достаточно стабильными, чтобы исследовать их свойства.
Один из лучших способов понять. понять состояние материи — значит наблюдать, как она теряет свой порядок.
Что касается обычных кристаллов, десятилетия изучения плавления научили физиков таким физическим явлениям, как дефекты, нарушение симметрии и фазовые переходы. Поэтому понятно, что наблюдение за плавлением кристалла в пространстве-времени также может дать понимание.
Однако квантовые кристаллы в пространстве-времени могут создать серьезные проблемы для такого наблюдения, поэтому исследователи обратились к проверенному и надежному аналогу: классическому аналогу.
Эта система состоит из плоской поверхности, которую исследователи вибрируют с частотой 100 Герц (100 раз в секунду).
Это немного похоже на пластину Хладни, но с одной В пластине Хладни песчинки мигрируют до тех пор, пока не очерчивают постоянные моды частоты.
Вместо песчинок в этом эксперименте используются крошечные пластиковые диски, каждый из которых имеет шесть угловых стержневых ножек на нижней стороне. Каждый раз, когда пластина движется, ножки сталкиваются с ней лишь на короткое время, что приводит к случайным ударам движущей силы.
Таким образом, вместо аккуратного упорядочения зерен Хладни, диски покачиваются. хаотично.
Но затем, если вы соберете их достаточное количество вместе на поверхности, произойдет нечто захватывающее.
Диски самопроизвольно организуются в треугольный кристалл, а вся решетка начинает вращаться как единое твердое тело, совершая один оборот примерно каждые 5 часов. Это синхронизированное движение может продолжаться почти сутки, несмотря на значительный шум.
Важно то, что 5-часовое движение отличается от вибрации пластины с частотой 100 Гц. Следовательно, долгопериодные колебания возникают независимо от движения, которое просто снабжает диски энергией.
Чтобы вызвать сценарий плавления, исследователи удалили некоторые диски, чтобы уменьшить плотность, а не постепенно возвращаться к первоначальному хаосу. Таким образом, кристалл плавился в три отдельные фазы.
Сначала синхронизация времени начала нарушаться в локализованных участках, в то время как остальная часть кристалла продолжала свой танец.
Затем ритм полностью распался, хотя кристалл сохранил большую часть своего. пространственный порядок.
Наконец, сама решетка распалась и стала аналогичной неупорядоченной жидкости.
Исследователи обнаружили, что плавлением управляют два разных физических процесса. Потеря временного порядка происходит из-за ослабления взаимодействия между частицами, а коллапс самого кристалла происходит по мере распространения дефектов по решетке.
Этот результат предполагает, что правила, управляющие порядком во времени, фундаментально отличаются от существующих. управляют порядком в космосе.
Связано: «Кристаллы» пространства-времени могут коллапсировать в крошечные черные дыры, объясняет Wild Paper
Это не означает, что все кристаллы пространства-времени плавятся таким образом – но это показывает, что пространство и время могут отделяться друг от друга во время плавления, открытие, которое открывает новые способы исследования фазовых переходов в классических системах.
«Наши экспериментальные результаты показывают сложный трехэтапный сценарий плавления «Наши результаты устанавливают существование экзотических неравновесных кристаллических фаз материи в пространстве-времени и открывают новые возможности для реализации макроскопических классических систем, которые демонстрируют сложные закономерности нарушения пространственно-временной симметрии».
Результаты были опубликованы в Трудах Национальной академии наук наук.
В июне прошлого года, пока большинство из нас корпели и листали социальные сети, более двух…
Вселенная настолько невообразимо огромна, что мы никогда не сможем увидеть ее целиком, однако некоторые из…
Что-то не так с центром Млечного Пути.На протяжении десятилетий астрономы ломали голову над огромной популяцией…
Фотоны действуют причудливым образом, напоминающим нам, что в самых маленьких масштабах и на самых фундаментальных…
Существуют определенные законы физики, которым должно подчиняться тепло. Возьмем, к примеру, закон теплового излучения Кирхгофа,…
Представьте, что вы на вечеринке.Все ваши друзья собрались в комнате, вы веселитесь, но пора идти…