Физики создали временной кристалл, нарушающий третий закон Ньютона
Ученые из Нью-Йоркского университета в США разработали новый тип временного кристалла, используя звуковые волны. По словам исследователей, частицы внутри этого кристалла двигаются так, что кажется, будто они не подчиняются знаменитому третьему закону движения Ньютона. Этот закон гласит, что каждое действие сопровождается равной и противоположной реакцией, и лежит в основе множества явлений — от полета ракеты до прыжков детей на батуте. Результаты работы опубликованы в журнале Physical Review Letters.
«Наша работа открывает новые возможности для технологий и промышленности», — отмечают авторы исследования
Что такое временной кристалл
Временные кристаллы — это необычная форма материи, где частицы колеблются подобно маятнику и сохраняют закономерность во времени, а не только в пространстве. Идею временных кристаллов теоретически выдвигали многие годы, а первый экспериментальный образец был создан около десяти лет назад. Каждый тип временного кристалла обладает уникальными свойствами, которые потенциально можно использовать в вычислительной технике, сенсорике и биомедицине.
«Кристаллы времени впечатляют не только своими возможностями, но и тем, насколько экзотичными и сложными они кажутся», — говорит профессор Дэвид Гриер, руководитель Центра исследований мягкой материи Нью-Йоркского университета.
Как создавали кристалл
Под руководством Гриера исследователи Миа Моррелл и Лила Эллиот сделали версию временного кристалла из крошечных шариков пенополистирола, которые парят в воздухе на звуковой подушке. Звуковые волны выступают в роли акустического левитатора, удерживая шарики и позволяя им перемещаться.
«Звуковые волны воздействуют на частицы так же, как волны на поверхности пруда двигают листок. Мы поднимаем объекты в воздух, преодолевая гравитацию, погружая их в звуковое поле, которое называется стоячей волной», — пояснила Моррелл.
Взаимодействие между бусинками создает необычное поведение: более крупные шарики рассеивают больше энергии, чем мелкие, и тем самым влияют на них сильнее, чем мелкие на крупные. Это приводит к дисбалансу сил — эффекту, который нарушает классическое действие и противодействие Ньютона.
«Представьте два парома разных размеров, движущиеся к причалу. Каждый создает волны, которые толкают другой, но не симметрично. Здесь происходит то же самое с шариками», — добавляет Моррелл.
Простая и наглядная установка
Эксперимент выделяется своей наглядностью: устройство высотой всего около 30 сантиметров и видимо невооруженным глазом.
«Простота нашей системы поражает», — подчеркивает Гриер.
Такой подход позволяет изучать фундаментальные физические эффекты, не прибегая к сложным и дорогим лабораторным установкам.
Потенциал для науки и биологии
Ученые считают, что новые временные кристаллы помогут изучать биологические системы, включая циркадные ритмы и процессы, где реакции не полностью взаимны, например, расщепление пищи в организме. По мере понимания этих эффектов можно разрабатывать новые технологии для медицины, робототехники и энергетики.
Эксперименты показывают, что даже простая установка с пенополистироловыми шариками способна моделировать сложные взаимодействия, которые ранее казались недоступными. Это открывает путь к практическому использованию временных кристаллов в лабораториях и, возможно, в промышленности.
