Vaqt kristallari: O'z-o'zidan ritm tutib turgan materiya

Keling, sizga bir narsa haqida gapiraman. U ilmiy-fantastik romanlardan olingandek tuyuladi, lekin aslida juda ham real fizika.

Vaqt kristalli nima o'zi?

Oddiy kristallar — masalan, osh tuzi yoki soatdagi kvars — atomlari fazoda takrorlanuvchi tartibda joylashgan. Uch o'lchamli panjaraga o'xshaydi, hammasi ro'yxat bo'yicha terilgan.

Vaqt kristallari esa boshqa tomon. Ularning dosligi atomlarning fazoda qanday joylashganida emas, balki vaqt o'tishi bilan qanday harakat qilishlarida. Ular o'zlarining ichki ritmlariga ega — yurak urishi kabi, lekin tashqaridan hech qanday turtki olmaydigan. Shunchaki davom etaveradi. Mayda g'ildirak kabi, bir marta itarib yuborsangiz, to'xtamasdan aylanib turadi.

Zo'r, rostdan ham!

Qanday qilib?

Germaniyaning TU Dortmund universitetida olimlar vaqt kristallari bilan tajriba o'tkazishmoqda. Ularning materiali — galliy arseniddan yasalgan yarim o'tkazgich. Unga indiy va kremniy ham qo'shilgan.

Harorat mutlaq nolga yaqin — minus 270 gradus — bo'lganda, material ichidagi elektronlar g'alati narsalar qila boshlaydi. Har bir elektron millionlab yaqin yadro spinlari bilan "suhbat" qiladi. Markazdagi kichkina elektron o'zining kichik dunyosining markazida turib, katta guruh bilan doimiy muloqotda bo'ladi.

Olimlar laser yordamida jarayonni boshlaydilar. Avval yorituvchi laser barcha elektron spinlarini bir tomonga buradi. Keyin elektronlar o'z energiyasini atrofidagi yadro spinlariga uzatadi. Kuchsiz magnit maydon qo'shganda, yadro spinlari kichkina kompaslashtirgichlar kabi aylana boshlaydi.

Eng qiziq joyi shundaki: tebranishlar o'zlari-o'zlariini davom ettiradi. Elektron spinlari va yadro spinlari orasidagi teskari aloqa tufayli jarayon to'xtamaydi. Ikkinchi laser esa olimlarga bu ritmlarning vaqt o'tishi bilan qanday rivojlanishini kuzatishga imkon beradi.

Birdaniga sinxronlanish

Mana bu yerda voqea ayniqsa qiziqarli bo'lib qoladi.

Yarim o'tkazgichning turli qismlari mikroskopik darajada bir-biridan farq qiladi. Shu sababli, alohida hududlarda hosil bo'lgan vaqt kristallari odatda bir oz farqli tezlikda "tik-tak" qiladi. Ikki soatning miltiri deyarli bir xil, lekin batamom bir xil emas deb o'ylab ko'ring.

Lekin olimlar hiyla ishlatishdi: keng laser nuri bilan bir vaqtning o'zida ko'plab hududlarni yoritishdi.

Va natijada sehr yuz berdi: alohida tebranishlar bir-biri bilan tutashdi va bir xil chastotada ishlay boshladi. Ular to'liq o'zlari, hech kim buyurmagan holda sinxronlashdi.

Gyuygens hayratda qolardi

Bu meni 1665-yildagi mashhur tajribaga solishtirishga majbur qiladi. Xristian Gyuygens — mayakchaning fizikaga tadbiqi uning nomi bilan bog'liq — juda qiziq narsani kuzatgan: bir devorga osilgan ikkita mayakchaning silkilishi oxir-oqibatda mukammal sinxronizatsiyaga yetar, garchi kimdir buni maxsus sozlolmagan bo'lsa. Sir — ularda umumiy yog'och tayanch orqali o'tadigan juda kichik tebranishlar.

Yarim o'tkazgichdagi jarayon boshqacha ishlaydi, lekin g'oya bir xil. Mexanik tebranishlar o'rniga, vaqt kristallari spin-polyarizatsiyali elektronlar harakati orqali bog'lanadi. Ular bir-biri bilan ko'rinmas ip bilan bog'langan kabi.

Masofani yengish

Mana bu yerda haqiqatan ham hayratlanarli narsa: olimlar 40 mikrometrgacha ajratilgan vaqt kristallarining bir-biri bilan sinxronlashishini kashf etishdi.

Qirq mikrometr — bu sizga juda kichik tuyulishi mumkin. Lekin shuni hisobga oling: bu bitta ossillyator o'lchamidan ming barobar katta. Ikki kishining futbol maydonining qarama-qarshi uchlaridan raqs harakatlarini muvofiqlashtirishi — aynan shu sodir bo'lmoqda, kvant olamida.

Shu masofadan oshilsa-chi? Bog'lanish uziladi. Vaqt kristallari "eng yaqin do'stlar" bo'lishni to'xtatadi va yana o'z ishini qiladi.

Nimaga kerak?

Bu faqat fiziklarning o'yinchoqi emas. Bu kashfiyot fazoda ajratilgan sistemalar o'rtasida "no-local bog'lanish" mavjudligini ko'rsatadi — ya'ni, oddiy usullar bilan mumkin bo'lmasligi kerak bo'lgan masofalarda axborot yoki ta'sir sayohat qilmoqda.

Bu kelajakda boshqariladigan spin ossillyatorlari tarmoqlarini qurishga yordam berishi mumkin. Kvant hisoblash, aniq o'lchash va boshqa sohalarda yangi texnologiyalar eshiklarini ochadi. Ular ham ertangi kundagi ilmiy-fantastik filmlardagi kabi eshitiladi.

Xulosa o'rniga

Men bunday hikoyalarni samimiy ravishda yaxshi ko'raman. Ular bizga koinot qanday g'alati va ajoyib ekanini eslatadi. O'z-o'zidan tartibga keladigan, kutilmagan masofalarda muloqot qiladigan va hech kim buyurmagan holda o'z xulq-atvorini sinxronlashtiradigan sistemalar mavjud.

Bu deyarli materiyaning o'zining ritm sezgisi borligidek.

Keyingi marta soatingizga qarasangiz yoki telefon foydalansangiz, esda tuting: shu yerlarda bir erda fiziklar kichkina elektronlarning biz bir paytlar imkonsiz deb o'ylagan masofalarda birgalikda "raqs" tushishini kuzatmoqda.

Va bu haqiqatan ham ajoyib, to'g'rimi?