Ученые нашли кристаллы времени, нарушающие третий закон движения Ньютона
Физики Нью-Йоркского университета впервые наблюдали новую форму временного кристалла — состояние материи, в котором макроскопические частицы левитируют на звуковой подушке и взаимодействуют за счёт рассеиваемых ими же акустических волн. Такое взаимодействие нарушает третий закон Ньютона, поскольку силы между частицами оказываются неравными. Работа опубликована в Physical Review Letters и показывает, что временной кристалл может быть реализован в простой настольной установке высотой около 30 сантиметров.
Кристаллы времени — системы, чьи элементы совершают регулярные циклические движения, — были предсказаны и обнаружены примерно десять лет назад. Они рассматриваются как перспективная основа для квантовых технологий, включая вычисления и хранение данных. Новый эксперимент, проведённый под руководством Дэвида Гриера, показал необычный механизм, который противоречит интуитивным представлениям классической механики.
Кристалл сформирован из полистирольных шариков, удерживаемых в воздухе стоячей звуковой волной. Акустическое поле создаётся небольшой 3D-печатной рамой с динамиками. Когда частицы начинают взаимодействовать, их связь происходит не через контакт, а через обмен звуковыми волнами. Более крупные частицы рассеивают больше энергии, поэтому воздействуют на меньшие сильнее, чем те — на них. Из-за этой асимметрии силы не образуют сбалансированных пар, что и приводит к нарушению третьего закона Ньютона.
Освободившись от симметрии «действие — противодействие», частицы приобретают способность двигаться согласованно и формировать регулярный ритм — ключевой признак временного кристалла. Гриер подчёркивает, что установка удивительно проста и при этом позволяет наблюдать необычное состояние материи без сложных технологий.
Значение работы выходит за пределы физики конденсированного состояния. Модель демонстрирует нереципрокные взаимодействия, которые встречаются и в биологических системах, включая циркадные ритмы. Исследование может стать основой для разработки прецизионных сенсоров, элементов квантовой памяти и других устройств, где требуется стабильная временная периодичность.
Наблюдения показали, что даже простые пенопластовые шарики, удерживаемые слабым звуком, способны демонстрировать динамику, которую Ньютон не мог предусмотреть.
Рекомендуем также:
