Các nhà vật lý xác nhận sự tồn tại của các tinh thể thời gian, nhưng ... cái quái gì vậy?

2020-12-12 21:26.
Tinh thể thời gian của đội Harvard. Hình ảnh: Soonwon Choi

Câu hỏi đầu tiên của tôi dành cho các nhà nghiên cứu Harvard là: "Tinh thể thời gian là gì?" Các sinh viên sau đại học Soonwon Choi, Joonhee Choi, và nhà nghiên cứu sau tiến sĩ Renate Landig bắt đầu cười. “Đó là một câu hỏi rất hay,” Soonwon nói.

Nghe có vẻ giống như khoa học viễn tưởng, nhưng cái tên của tinh thể thời gian mang dấu ấn sâu sắc của cơ học lượng tử. Đôi khi một cái tên chỉ đơn giản là sự gần đúng dễ dàng nhất để mô tả một cái gì đó phức tạp hơn nhiều so với những gì trí óc tò mò có thể gợi ra.

Hai nhóm nhà khoa học báo cáo rằng họ đã lần đầu tiên quan sát được các tinh thể, hệ thống nguyên tử kỳ lạ có đặc tính được tổ chức hoặc "kết tinh" theo thời gian như chất rắn có thể kết tinh trong không gian. Hai sự sắp xếp nguyên tử không phải là cỗ máy chuyển động vĩnh viễn, vũ khí hay thiết bị du hành thời gian, nhưng hành vi kỳ lạ của chúng làm sáng tỏ một loại vật liệu mới có các đặc tính khác với bất kỳ chất rắn, lỏng hoặc khí nào bạn đã gặp.

Frank Wilczek, nhà vật lý lý thuyết tại MIT và từng đoạt giải Nobel , giải thích với Gizmodo : “Các thí nghiệm rất đẹp và mở ra một lớp trạng thái vật chất mới về mặt chất lượng và hấp dẫn theo đúng nghĩa của chúng . Wilczek đề xuất sự tồn tại của các tinh thể thời gian vào năm 2012, khi ông tự hỏi liệu một số đặc điểm thay đổi theo thời gian, thay vì không gian, có thể làm phát sinh các giai đoạn mới của vật chất hay không. Wilczek nói rằng "những khám phá mới chắc chắn là hậu duệ dễ nhận biết của tầm nhìn ban đầu của ông và đã được giữ nguyên tên."

Các định luật vật lý chứa đầy tính đối xứng - các trường hợp trong đó một hành động tạo ra cùng một phản ứng trong một môi trường khác nhau. Nếu bạn đập vào một bức tường vững chắc với cùng một lực, nó sẽ gây tổn thương như nhau cho dù bạn va vào phần nào của bức tường hay thời gian nào trong ngày - đó là những đối xứng không gian và thời gian. Một số đối xứng có thể bị phá vỡ. Tinh thể, chất rắn mà các hạt được sắp xếp tạo thành một mạng lưới ba chiều, phá vỡ cái gọi là đối xứng không gian tịnh tiến, vì các phân tử thích một vị trí cụ thể trong không gian. Nếu bạn đánh hàng rào thay vì một bức tường vững chắc, bạn có thể phá vỡ tính đối xứng tịnh tiến của không gian, vì va vào hàng rào khác với việc đánh vào khoảng không giữa các tấm ván.

Ý tưởng của Wilczek rất đơn giản: Các phân tử có thể phá vỡ tính đối xứng tịnh tiến của thời gian không? Một số chất rắn có thể kết tinh trong thời gian, thích các trạng thái khác nhau trong những khoảng thời gian khác nhau? Câu hỏi đó trở thành: Liệu các hành vi tuần hoàn nhất định của một tập hợp các nguyên tử có một nhịp độ ưa thích không? Điều này giống như ve sầu quay trở lại sau mỗi 17 năm, có thể trở lại hàng năm, nhưng thay vào đó phá vỡ đối xứng dịch thời gian khi chúng tụ lại vào năm 17 thay vì xuất hiện đồng nhất.

Hình ảnh: T. Li et al., Phys. Rev. Lett. (2012)

Năm 2014 , các nhà vật lý Haruki Watanabe và Masaki Oshikawa từ Đại học Tokyo đã nhận ra rằng không , có lẽ không có tinh thể thời gian, ít nhất là không theo cách Wilczek định nghĩa chúng. Hai năm sau, các nhà vật lý như Shivaji Sondhi tại Princeton và Chetan Nayak tại Đại học California ở Santa Barbara đã chỉ ra rằng các tinh thể thời gian có thể tồn tại nếu chúng ta thay đổi quy tắc một chút , chẳng hạn như tạo cho nguyên tử một lực đẩy tuần hoàn. Nhà vật lý Norman Yao của Đại học California tại Berkeley đã vạch ra một loại kế hoạch để xác định những gì cần đo lường để biện minh cho việc tạo ra một tinh thể thời gian. Các khám phá đã được công bố cách đây vài tuần, nhưng hiện tại các khám phá đã được kiểm tra lại thông qua quá trình đánh giá ngang hàng.

“Điều đáng kinh ngạc về tinh thể thời gian là nó ổn định,” Yao nói với Gizmodo . Tinh thể thời gian phải thích một tần số dao động nhất định, khác với tần số của lực đẩy tuần hoàn. Với một số xung, tần số dao động ưu tiên không thay đổi.

Đó là những gì mỗi nhóm sẽ báo cáo ngày hôm nay trên tạp chí Nature . Các hạt có đặc tính cơ lượng tử bẩm sinh được gọi là "spin" liên quan đến từ tính, trong trường hợp của các tinh thể này có hai giá trị khác nhau. Tất cả các giá trị căn chỉnh và thay đổi trạng thái tại thời điểm ưa thích của tinh thể. Tìm hiểu kỹ về spin không quan trọng bằng hiểu tinh thể thời gian. Ở cấp độ rất cơ bản, hãy nghĩ về mỗi hạt như một khán giả tại một sự kiện thể thao cầm một tấm biển. Nếu mọi người cầm biển báo ở bên A, các biển báo tập thể nói một cụm từ, và nếu mọi người cầm biển báo ở bên B, họ nói một cụm từ khác. Nếu không thì đó là một mớ hỗn độn khó hiểu.

Một nhóm từ Đại học Maryland đã xếp mười ion ytterbium bị mắc kẹt (ytterbium là một nguyên tố hóa học) và bắn các xung laser định kỳ vào chúng để thay đổi một phần, nhưng không hoàn toàn, spin của các ion. Nó không quan trọng: giá trị spin của các hạt đã thay đổi hoàn toàn. Chúng tiếp tục dịch chuyển và căn chỉnh với tốc độ bằng một nửa xung laser. Nếu nhóm nghiên cứu thay đổi xung một chút, mười ion vẫn duy trì cùng một chu kỳ, mặc dù trực giác nói rằng chuyển động tuần hoàn của tinh thể thời gian sẽ vỡ vụn. Thay vào đó, họ thích hành quân theo nhịp đập của chính mình.

Thành lập nhóm Harvard hơi khác một chút . Họ đã nạp vào mạng tinh thể cacbon của một viên kim cương những tạp chất ở dạng nguyên tử nitơ; nhiều tạp chất đến nỗi viên kim cương chuyển sang màu đen. Tinh thể của họ cũng yêu cầu một lực rung, trong trường hợp này là trường vi sóng, và họ cũng theo dõi sự quay của các tạp chất thay đổi lặp đi lặp lại, điều chỉnh với tần số thấp hơn và chu kỳ dài hơn của chính chúng. Điều này đã làm cho viên kim cương lấp lánh, như trong hình dưới đây. Soonwon Choi nói rằng hệ thống của họ phức tạp đến mức lý thuyết không giải thích được đầy đủ hành vi của họ.

Hình ảnh: Soonwon Choi

“Cả hai hệ thống đều thực sự tuyệt vời. Họ rất khác nhau, ”Yao nói. “Tôi nghĩ chúng cực kỳ bổ sung cho nhau. Tôi không nghĩ cái này tốt hơn cái kia. Họ xem xét hai chế độ vật lý khác nhau. Rằng chúng ta có thể thấy hiện tượng học tương tự này trong các hệ thống rất khác nhau là điều thực sự đáng kinh ngạc. "

Tinh thể có thể thích nhịp độ của chính nó thay đổi độ quay của nó, nhưng hiệu ứng chắc chắn sẽ không kéo dài mãi mãi. Tinh thể thời gian không thể tồn tại nếu không có xung năng lượng lặp đi lặp lại thuyết phục các nguyên tử tự tổ chức theo thời gian. "Nó không phải là một cỗ máy chuyển động vĩnh viễn", Jiehang Zhang thuộc Đại học Maryland nói với Gizmodo . "Chúng tôi lái nó!"

Nếu bạn vẫn còn một chút bối rối, Yao có một lời giải thích tuyệt vời: Nếu bạn đang nhảy dây, bạn mong đợi một vòng quay mỗi khi tay của người cầm sợi dây quay. Những tinh thể thời gian này biết rằng sợi dây tạo thành một vòng tròn đầy đủ, hoặc con quay thay đổi chu kỳ, cứ sau hai lần quay của bàn tay.

Nayak đồng ý rằng cả hai nhóm đã trình bày bằng chứng về các tinh thể mà ông và những người khác đưa ra giả thuyết, nhưng chúng ta vẫn cần biết độ ổn định của những tinh thể này. Ông viết trong một bài báo trên Nature News & Views : “Kết quả tổng hợp của chúng cho thấy sự cần thiết của các thí nghiệm chứng minh thực sự rằng các dao động luôn cùng pha trong thời gian dài và không bị loại bỏ bởi các dao động không thể tránh khỏi”.

Bây giờ bạn đã biết tinh thể thời gian là gì, bạn có thể đang nghĩ "có gì thú vị về điều đó?" (Một ngày nọ trong một trò chơi, tôi đã thấy một viên pha lê thời gian làm vũ khí, "Landig nói). Soonwon ngay lập tức nêu ra những ứng dụng tiềm năng trong tính toán lượng tử cho tương lai xa, kiểm soát nhiều bit lượng tử cùng một lúc. Nhưng tầm quan trọng của nó là cơ bản hơn. Thông thường các trạng thái của vật chất chỉ tồn tại bằng cách thay đổi cách tổ chức của các hạt trong không gian. Các tinh thể thời gian mở ra một thế giới hoàn toàn có thể có các trạng thái vật chất mới bằng cách thêm vào các xung laser hoặc vi sóng này. Các trạng thái chỉ tồn tại khi có điều gì đó được thực hiện với chất rắn, giống như một phiên bản vật lý lượng tử về cách bột ngô trộn với nước chỉ tạo cảm giác rắn khi bạn nghiền nó.

Yao nói: “Nó cho thấy sự phong phú của các trạng thái vật chất còn rộng hơn [chúng ta tưởng]. "Một trong những điểm sáng của vật lý là hiểu được những dạng vật chất nào có thể tồn tại trong tự nhiên." Chúng ta có rất nhiều vật liệu kỳ lạ như chất siêu dẫn và chất siêu lỏng, nhưng "pha không cân bằng" như tinh thể thời gian "đại diện cho một con đường khác dẫn đến tất cả những thứ chúng ta đã nghiên cứu trong quá khứ."

[ Tự nhiên , Tự nhiên ]

Suggested posts

Họ ghi lại khoảnh khắc chính xác khi con rắn lớn nhất thế giới săn và nuốt chửng một con nai nặng 30 kg

Họ ghi lại khoảnh khắc chính xác khi con rắn lớn nhất thế giới săn và nuốt chửng một con nai nặng 30 kg

Trong video sau đây, bạn có thể thấy bất kỳ ngày nào trong cuộc đời của trăn lưới, loài rắn được gọi là dài nhất thế giới, có khả năng dài tới 7 mét. Con trăn bắt đầu một ngày bằng cách đối mặt với một con voi chạy trốn và kết thúc nó bằng một bữa tiệc ngấu nghiến một con hươu.

Tại sao Star-Lord không phải là người đổ lỗi cho những gì đã xảy ra trong Infinity War, theo các nhà biên kịch của bộ phim

Tại sao Star-Lord không phải là người đổ lỗi cho những gì đã xảy ra trong Infinity War, theo các nhà biên kịch của bộ phim

Ai là người chịu trách nhiệm cho sự kết thúc của Avengers: Infinity War? Nhiều tuần sau khi bộ phim ra mắt, câu hỏi này đang là tâm điểm của một cuộc tranh luận gay gắt giữa những người hâm mộ Vũ trụ Marvel. Một trong những nhân vật có nhiều ngón tay nhất là Star-Lord, nhưng người viết không thích ý tưởng này.

Related posts

Bao lâu thì bạn phải dọn dẹp mọi thứ trong nhà, được giải thích trong một đồ họa thông tin đơn giản

Bao lâu thì bạn phải dọn dẹp mọi thứ trong nhà, được giải thích trong một đồ họa thông tin đơn giản

Bạn có nghĩ rằng ngôi nhà của bạn thực sự sạch sẽ? Lần cuối cùng bạn làm sạch thành vòi hoa sen hoặc bên trong lò nướng là khi nào? Và lần cuối cùng bạn làm sạch cống rãnh hoặc bàn ghế sân vườn thì sao? Ngôi nhà của bạn có lẽ bẩn hơn bạn nghĩ, có một khoảng thời gian tối đa mà bạn không nên bỏ qua trước khi dọn dẹp một số thứ trong nhà.

Switch có một trò chơi ẩn được kích hoạt bằng một cử chỉ bí mật vào ngày Satoru Iwata qua đời.

Switch có một trò chơi ẩn được kích hoạt bằng một cử chỉ bí mật vào ngày Satoru Iwata qua đời.

Ảnh chụp màn hình: Fire3element Khi một người chơi tên Setery giải thích trên một diễn đàn rằng một trò chơi NES có tên là Golf đã xuất hiện một cách tự nhiên trên Nintendo Switch của anh ấy, những người dùng khác đã trả lời rằng chiếc máy chơi game của anh ấy rất vui. Tuy nhiên, có một trò chơi ẩn trên Switch, và nó liên quan đến Satoru Iwata.

Tải xuống tất cả ảnh Facebook của bạn được sắp xếp theo album bằng ứng dụng đơn giản này

Tải xuống tất cả ảnh Facebook của bạn được sắp xếp theo album bằng ứng dụng đơn giản này

Nếu bạn đã quyết định tham gia câu lạc bộ của Elon Musk hoặc người sáng lập WhatsApp và xóa tài khoản Facebook của mình, bạn sẽ sớm phát hiện ra rằng bản sao dữ liệu của bạn mà Facebook cung cấp không sắp xếp các bức ảnh như con người mà nằm trong một đống thư mục. được lập chỉ mục bởi một html. Ở đây bạn có giải pháp.

Tại sao Disney World có một số khu vực bao quanh với những chú gà sống rải rác quanh Công viên Giải trí

Tại sao Disney World có một số khu vực bao quanh với những chú gà sống rải rác quanh Công viên Giải trí

Nếu mùa hè này bạn đang nghĩ đến việc đến công viên Disney ở Orlando, đừng ngạc nhiên khi thấy một khu vực có gà. Nó chỉ ra rằng động vật có một nhiệm vụ rất rõ ràng: kiểm tra các khu vực và phơi mình trước các cuộc "tấn công" có thể xảy ra để bạn và những người còn lại được an toàn hơn.

MORE COOL STUFF

Vị hôn phu trong 90 ngày: Varya Malina gây quỹ cho hôn phu Geoffrey Paschel - Yêu cầu người hâm mộ cho một 'cơ hội để xóa tên anh ấy'

Vị hôn phu trong 90 ngày: Varya Malina gây quỹ cho hôn phu Geoffrey Paschel - Yêu cầu người hâm mộ cho một 'cơ hội để xóa tên anh ấy'

Cựu ngôi sao '90 Day Fiancé', Varya Malina xác nhận cô ấy đang ở cùng Geoffrey Paschel và tập hợp lại cho anh ấy, yêu cầu những người theo dõi cô ấy giúp đỡ về tài chính.

BTS: 'In the SOOP' tiết lộ Jungkook có một con chó

BTS: 'In the SOOP' tiết lộ Jungkook có một con chó

Trong tập đầu tiên của mùa 2 của 'In the SOOP BTS Ver.', Các fan của BTS đã biết rằng Jungkook có một chú chó tên là Bam.

Jacksonville Jaguars Quarterback Trevor Lawrence Gặp Vợ Marissa Mowry như thế nào?

Jacksonville Jaguars Quarterback Trevor Lawrence Gặp Vợ Marissa Mowry như thế nào?

Đây là cách tiền vệ Trevor Lawrence của NFL gặp vợ Marissa Mowry, cộng với một vài chi tiết thú vị về cô dâu của anh ấy.

Machine Gun Kelly nói về mối quan hệ với Megan Fox đã giữ anh ta sống: 'Tình yêu đã cho tôi lý do để ở lại đây'

Machine Gun Kelly nói về mối quan hệ với Megan Fox đã giữ anh ta sống: 'Tình yêu đã cho tôi lý do để ở lại đây'

Rapper Machine Gun Kelly tiết lộ rằng anh đã "chết mê chết mệt" trước khi gặp bạn gái diễn viên Megan Fox.

Cách thay đổi tên của bạn trên Facebook

Cách thay đổi tên của bạn trên Facebook

Bạn muốn thay đổi tên của mình trên Facebook? Thật dễ dàng để thực hiện chỉ trong vài bước đơn giản.

7.000 bước là 10.000 bước mới

7.000 bước là 10.000 bước mới

Nếu bạn luôn không đạt được mục tiêu 10.000 bước hàng ngày tùy ý đó, chúng tôi có tin tốt. Sức khỏe của bạn cũng có thể được hưởng lợi nhiều nếu bạn đi ít bước hơn.

Tại sao bạn không thể tự bơm khí ở New Jersey?

Tại sao bạn không thể tự bơm khí ở New Jersey?

Garden State là tiểu bang duy nhất ở Hoa Kỳ, nơi bạn tự bơm xăng là bất hợp pháp. Đưa cái gì?

Cơ hội săn được một con hươu cao cổ vào mùa thu

Cơ hội săn được một con hươu cao cổ vào mùa thu

Và nhân tiện, lái xe vào lúc hoàng hôn và trong những ngày trăng tròn cũng không mang lại lợi ích gì cho bạn.

Maggie Gyllenhaal tham gia cùng Dakota Johnson ở London, cùng với Vanessa Hudgens, Christian Siriano và hơn thế nữa

Maggie Gyllenhaal tham gia cùng Dakota Johnson ở London, cùng với Vanessa Hudgens, Christian Siriano và hơn thế nữa

Maggie Gyllenhaal và Dakota Johnson tạo dáng tại buổi ra mắt ở London, Vanessa Hudgens rời phòng tập ở LA, Christian Siriano ở NYC để kỷ niệm 'Project Runway' mùa 19 và hơn thế nữa. Từ Hollywood đến New York và mọi nơi ở giữa, hãy xem các ngôi sao yêu thích của bạn đang làm gì

Shameless 'Emma Kenney tuyên bố đã trở thành một' nơi tích cực hơn 'sau khi Emmy Rossum ra đi

Shameless 'Emma Kenney tuyên bố đã trở thành một' nơi tích cực hơn 'sau khi Emmy Rossum ra đi

Emma Kenney, cô gái không biết xấu hổ đã nói về kinh nghiệm của cô khi làm việc với Emmy Rossum trong loạt phim Showtime.

Ngôi sao Hamilton Javier Muñoz về việc Bị suy giảm khả năng miễn dịch trong Đại dịch: 'Tôi đã bị khủng bố theo nghĩa đen'

Ngôi sao Hamilton Javier Muñoz về việc Bị suy giảm khả năng miễn dịch trong Đại dịch: 'Tôi đã bị khủng bố theo nghĩa đen'

Javier Muñoz, người dương tính với HIV và là một người sống sót sau ung thư, nói với NGƯỜI DÂN rằng: 'Không có cơ hội để được thực hiện.

Rachael Ray nói rằng cô ấy biết ơn vì 'được sống' sau vụ cháy nhà và lũ lụt căn hộ

Rachael Ray nói rằng cô ấy biết ơn vì 'được sống' sau vụ cháy nhà và lũ lụt căn hộ

Rachael Ray nói trên Extra: “Rất nhiều người đã viết thư cho tôi và liên hệ với họ và nói rằng chúng tôi đã mất rất nhiều.

Cách sửa từ khóa ES6 `class`

Cách sửa từ khóa ES6 `class`

Tại sao chúng ta không tạo một quy tắc lint và tiếp tục? Từ khóa `class` đang tạo ra rạn nứt trong cộng đồng JavaScript. Các lớp học có thể hữu ích.

Giới thiệu cấu trúc quy trình Android Studio

Chúng tôi sử dụng nhiều ứng dụng di động trong cuộc sống hàng ngày của chúng tôi. Chúng tôi đánh giá các ứng dụng chúng tôi sử dụng từ các khía cạnh khác nhau.

D3T3CT đến PRoT3CT - Phần mềm độc hại Dridex

D3T3CT đến PRoT3CT - Phần mềm độc hại Dridex

tl; dr ⏳ Bản ghi này xem xét phần mềm độc hại dridex với mục tiêu là truy tìm nó! Vì điều đó, chúng tôi thực hiện ngược lại càng nhiều càng tốt để chúng tôi biết một số phần của #killchain khi phần mềm độc hại đi qua cùng với IOC của nó & IOA và cuối cùng là tạo ra lôgic phát hiện phù hợp với mục tiêu của chúng tôi. Rex Dridex🐛 Dridex là một trojan / phần mềm độc hại ngân hàng thường được phát tán thông qua các chiến dịch spam e-mail lừa đảo có chứa các tài liệu #Excel độc hại.

Xe điện sắp có giá cực rẻ

Ô tô điện đang tiến gần đến một cột mốc quan trọng sẽ thúc đẩy việc áp dụng lên một tầm cao mới

Xe điện sắp có giá cực rẻ

Một thập kỷ trước, các rào cản đối với quyền sở hữu xe điện ở khắp mọi nơi. Phạm vi hoạt động bị giới hạn - chiếc xe bán chạy nhất trong ngày, Nissan Leaf, chỉ cung cấp 73 dặm (hoặc 117 km) cho mỗi lần sạc.

Language