Франк Вилчек защищает свои кристаллы времени

Физику Франку Вилчеку приходилось защищать свои идеи много раз в течение своей долгой и интересной карьеры. Его работа по кваркам, этим мельчайшим строительным блокам материи, которая удостоилась Нобелевской премии, была, по собственному признанию физика, слегка сумасшедшей. Недавно он выдвинул теорию «кристаллов времени», о которой можно почитать здесь. Что изменилось с тех пор?

Последнее предложение Вилчека, который работает сейчас в Массачусетском технологическом институте, было застигнуто врасплох — физик предлагал сделать тип устройства с бесконечным движением под названием «кристалл времени». Патрик Бруно, физик-теоретик из Европейского фонда синхротронного излучения в Гренобле, утверждает, что расправился с идеей, представив математическое доказательство, опубликованное в прошлом месяце в Physical Review Letters.

«Он вышел на тропу войны», — говорит Вилчек. Но он без страха борется с оппонентом, выложив на arXiv.org препринт работы 27 августа, в которой предлагает новый способ физической реализации своей идеи.

Кристаллом времени, предложенным Вилчеком, по своей сути может являться все, что можно наблюдать в движении, которое повторяется с регулярным интервалом с ходом времени без добавления энергии — часы, которые тикают вечно. Точно так же, как атомы в обычном кристалле повторяются с дискретным интервалом в пространстве, структура кристаллов времени будет повторяться с дискретным интервалом во времени.

В поисках примера, который поддержал бы его теорию, Вилчек начал со сверхпроводящего кольца в низшем энергетическом состоянии. Электроны могут проходить через такое кольцо без сопротивления, протекая в постоянном токе, который обычно спокоен и устойчив с течением времени, а следовательно, ему не хватает наблюдаемых «запятых» в работе.

В статье, опубликованной в октябре 2012 года, Вилчек вывел идею на шаг вперед, представив кольцо квантовых частиц, которые взаимодействуют друг с другом и образуют скопления. Если привести их в движение слабым магнитным полем, эти сгустки будут колебаться в движении, что будет соответствовать критерию кристалла времени.

Сомнительная идея?

Документ Бруно бросает вызов идее, ставя под сомнение то, что такая система действительно находится в низшем энергетическом состоянии. Физик представил математическое доказательство, что любая подобная система должна получить некоторую энергию, чтобы начать вращаться. Однако, отмечает он, если у частиц не будет минимально возможной энергии, они могут потерять немного, чтобы стать более стабильными, а это, в свою очередь, нарушит повторяющийся шаблон кристалла времени.

«Моя работа закрывает книгу квантовых кристаллов времени для довольно широкого класса систем», — говорит Бруно.

Команда физиков-экспериментаторов из США и Китая не согласна с ним. Тонгчанг Ли из Калтеха и его коллеги планируют создание кристалла времени из ионов, выстроенных в кольцо. Их планы не изменились с выходом работы Бруно.

«Эксперимент, который мы собираемся провести, поможет разрешить спор», — говорит Ли.

Он также отмечает, что Бруно мог слишком серьезно принять определение кристалла времени. «Метастабильная» система — та, которая находится практически в самом низком энергетическом состоянии, — не может работать вечно, говорят ученые, но достаточно долго, чтобы быть интересной; возможно, она приведет к часам, которые смогут работать в течение длительного времени без внешнего вмешательства. Это вам не часы от Samsung, которые 25 часов держат заряд.

Не желая отказываться от своей оригинальной идеи, Вилчек признает, что понятие кристалла времени нужно развить. Эта тема все еще находится на стадии исследования, и должно пройти время, прежде чем физик точно узнает, какое определение системе будет наиболее подходящим.

Пока Ли продолжает работать над ионами, последняя работа Вилчека в общих чертах обрисовывает другую, более простую схему изготовления кристалла времени. Время покажет.