Ученые из университета Мэриленда (University of Maryland) и Калифорнийского университета в Беркли (University of California-Berkeley) успешно создали нечто, создание чего считалось ранее теоретически невозможным. Этим нечто является цепочка ионов, которая представляет собой первое воплощение так называемого пространственно-временного кристалла, кристалла, структура которого состоит из элементов, повторяющихся не только в пространстве, но и во времени. Само существование таких кристаллов нарушает некоторые из фундаментальных физических законов, что служит причиной возникновения ряда экзотических эффектов. К примеру, часы, построенные на базе такого кристалла, будут «тикать» и после тепловой смерти Вселенной, в момент, когда все движение прекратится и время, по мнению некоторых ученых, попросту остановится.

В то время, как обычные кристаллы имеют кристаллическую решетку, состоящую из одинаковых чередующих элементов, пространственно-временной кристалл находится в движении, возвращаясь к определенному виду через равные промежутки времени. При этом, для обеспечения движения элементов пространственно-временного кристалла и изменения его структуры не требуется никакой энергии, черпаемой из внешнего источника. Теоретическую возможность создания таких кристаллов в 2012 году обосновал Фрэнк Вильчек (Frank Wilczek), физик из Массачусетского технологического института, хотя большинство других ученых отрицало и продолжает отрицать эту возможность.

Созданный учеными временной кристалл представляет собой квантовую кольцевую систему, состоящую из атомов иттербия, которые могут вращаться в двух направлениях, вверх или вниз. Используя свет лазера, ученые контролировали направление вращения ионов, находящихся в одной из половин круглой цепочки. В созданной квантовой системе вращение каждого оказывает воздействие на соседние ионы и такое влияние привело к тому, что «перевернутые» ионы, пройдя в большинстве случаев полный круг, возвращаются в свое исходное состояние. При этом, время возврата в исходное состояние ровно в два раза превышает время, затраченное ионом на прохождение пути от условного начала круга до точки его «переворачивания».

Ученые выяснили, что ионы возвращаются к оригинальной ориентации направления их вращения всегда с одинаковой скоростью, которая не зависит от момента времени и точки пространства. Это, в свою очередь, указывает на то, что квантовая система реагирует строго определенным образом на «возмущения» в ее состоянии. И все это очень напоминает поведение атомов в кристаллической решетке кристалла, которые сдвигаются со своего места под каким-либо внешним воздействием.

Создание первого образца пространственно-временного кристалла имеет огромное значение для физики из-за того, что существование такого кристалла нарушает фундаментальное физическое понятие, симметрию. А дальнейшие исследования в данном направлении могут привести к выявлению некоторых совершенно новых законов физики и квантовой механики, на базе которых можно будет создать технологии, которые сейчас можно считать чем-то из разряда научной фантастики.