მეცნიერებმა პირველად მოახერხეს დროის კრისტალის შექმნა, რომელიც სპონტანურად არღვევს დროის უწყვეტი ტრანსლაციის სიმეტრიას. დისკრეტულ და უწყვეტ დროის კრისტალებს განარჩევენ დროის ტრანსლაციის სიმეტრიის ფორმით, რომელსაც ისინი არღვევენ — ეს არის პრინციპი, რომლის მიხედვითაც ფიზიკის კანონები დროში არ იცვლება. ჰამბურგის უნივერსიტეტის ლაზერული ფიზიკის ინსტიტუტის მკვლევრებმა თავიანთი დაკვირვების შესახებ კვლევა ჟურნალ Science-ში, 2022 წლის 9 ივნისს გამოაქვეყნეს.

აღსანიშნავია, რომ დროის კრისტალი ნაწილაკების კვანტური სისტემაა, რომლის ყველაზე დაბალი ენერგიის მდგომარეობაში ნაწილაკები განმეორებით მოძრაობაში არიან. სისტემას ენერგიის კარგვა და გაჩერება არ შეუძლია, რადგან ის უკვე სტაციონარულ კვანტურ მდგომარეობაშია და სხვა სახის მოძრაობისგან განსხვავებით, სისტემა კინეტიკური ენერგიის გარეშე მოძრაობს.

კრისტალი განისაზღვრება იმით, თუ როგორ იმეორებს იგი ჩვეულებრივი ატომების სტრუქტურას ყველა მიმართულებით. ამას ტრანსლაციური სიმეტრიის დარღვევა ეწოდება, რადგან სტრუქტურის გამეორების დროს არ ხდება მათი ვექტორის პარალელური გადატანა, არამედ, მოძრაობისა და ბრუნვის შედეგად ეს უკანასკნელი იცვლის მიმართულებას. ამ ყველაფრის საფუძველზე კი პროფესორმა ფრანკ ვილჩეკმა გასულ საუკუნეში შემოგვთავაზა იდეა ნაწილაკების შესახებ თავიანთ ძირითად კვანტურ მდგომარეობაში, რომელთა მოძრაობა დროში უსასრულოდ მეორდება, ვინაიდან ისინი გარემოში თავიანთ ენერგიას ვერ კარგავენ.

დროითი კრისტალის ატომები მეორდება როგორც დროში, ასევე სივრცეში. ეს, ერთი შეხედვით, სამეცნიერო ფანტასტიკას მოგაგონებთ, მაგრამ კვანტურ ფიზიკაში ასეთი რაღაცები გასაკვირი არაა.

ვილჩეკის მიერ წარმოდგენილი ობიექტის — უწყვეტი დროის კრისტალის წინაშე არსებული გამოწვევების გათვალისწინებით, მეცნიერებმა მისი შეცვლილი ვერსია — დისკრეტული დროის კრისტალი შემოგვთავაზეს. დისკრეტულ ფორმას პირველად 2016 წელს დააკვირდნენ. გარდა უბრალოდ სამეცნიერო ცნობისმოყვარეობისა, დისკრეტულ დროის კრისტალებს პოტენციური გამოყენებაც აქვთ ტელეფონებში, ხელოვნურ თანამგზავრებსა და კვანტურ კომპიუტერებში.

ახლა კი, ჟურნალ Science-ში გამოქვეყნებული კვლევის მიხედვით, მეცნიერები უკვე უწყვეტ დროის კრისტალს დააკვირდნენ.

დროის კრისტალები ოსცილაციებს განიცდიან, მაგრამ მათ თავისი ენერგიის დახარჯვა არ შეუძლიათ, ამიტომ, მეცნიერების თქმით, მათ ახასიათებთ "მოძრაობა ენერგიის გარეშე". დისკრეტულ დროის კრისტალს ამ სტატუსის შენარჩუნება მაშინაც შეუძლია, როდესაც მასზე პერიოდული გარე ოსცილაციები მოქმედებს, უწყვეტი დროის კრისტალი კი უწყვეტ, მიმდინარე ზემოქმედებასაც განიცდის.

ახალ კვლევაში აღწერილი კრისტალები ვილჩეკის მოდელს ბოლომდე არ ემთხვევა, თუმცა ავტორების მტკიცებით, ბევრიც არაფერი უკლია.

ბოზე-აინშტაინის კონდენსატი ოპტიკურ ღრუში

კვლევის თანაავტორმა, ჰანს კესლერმა ჰამბურგის უნივერსიტეტიდან, დაახლოებით 50 000 რუბიდიუმის ატომისგან შექმნილ ოპტიკურ ღრუში ბოზე-აინშტაინის კონდენსატი შექმნა და ლაზერით ამოტუმბა.

ამოტუმბვის შემდეგ, კონდენსატმა თვით-ორგანიზება მოახერხა და შემთხვევითი დროის ფაზა შეიძინა. კონდენსატმა აჩვენა საკუთარი ფაზის ოსცილაციის უნარი გარე ზემოქმედების, მათ შორის კვანტური ფლუქტუაციების გარეშე. ასევე, აღმოჩნდა, რომ ოსცილაციების დროს ფაზა 0-დან 2π-ს შორის სხვადასხვა მნიშვნელობებს იღებს, როგორც სპონტანურად დარღვეული უწყვეტი სიმეტრიისთვისაა მოსალოდნელი. კესლერმა განცხადებაში მიღებული შედეგი აღწერა, როგორც "სისტემა, რომელიც სპონტანურად არღვევს უწყვეტი დროის ტრანსლაციის სიმეტრიას".

"სახელმა "უწყვეტი დროის კრისტალი" შეიძლება გვაფიქრებინოს, რომ კესლერის დროის კრისტალი სამუდამოა, მაგრამ ეს ასე არაა. ბოზე-ანშტაინის კონდენსატი ატომებს კარგავს, დარჩენილი ატომების შეჯახებები კი დროის კრისტალს "ადნობს". "ბოზე-აინშტაინის კონდენსატის სასრული სიცოცხლის გამო, სისტემის ხანგრძლივი მოქმედება გამოწვევას წარმოადგენს", — წერენ ავტორები.

მიუხედავად ამისა, ექსპერიმენტში კონდენსატმა საკმარისად დიდ ხანს გაძლო იმისთვის, რომ მეცნიერებს ასეთი კრისტალის არსებობის შესაძლებლობა დაემტკიცებინათ. ავტორებს სჯერათ, რომ მათმა ნაშრომმა, შესაძლოა, დროის გაზომვის მეცნიერების გაუმჯობესების გზა გვიჩვენოს.