Ученые из Нью-Йоркского университета (NYU) провели первую демонстрацию кристалла времени, в котором частицы удерживаются в состоянии «плавучести» благодаря звуковой подушке и взаимодействуют посредством обмена звуковыми волнами. Кристаллы времени представляют собой структуры из частиц, демонстрирующие периодические изменения во времени и нарушающие симметрию временных преобразований. Их разработка и исследование способны обеспечить значительный прогресс в области квантовых вычислений и хранения информации. Данное открытие демонстрирует взаимодействие частиц, которое идет вразрез с третьим законом Ньютона.

Вместо общепринятого представления о том, что каждому действию соответствует равное и противоположное противодействие, в новом кристалле частицы демонстрируют большую независимость во взаимодействии, не всегда следуя принципу уравновешенных сил. Для проведения эксперимента применялись шарики из пенополистирола, поддерживаемые в воздухе с помощью акустического левитатора.

«Кристаллы времени привлекают внимание не только благодаря перспективам, которые они открывают, но и своей необычности и непростой структуре. Наша система отличается исключительной простотой», — подчеркивает профессор физики Дэвид Грир, директор Центра исследований мягкой материи Нью-Йоркского университета и главный автор публикации. Для создания кристалла времени используются шарики пенополистирола, удерживаемые в воздухе посредством звуковых волн, которые обеспечивают акустическую левитацию.

Миа Моррелл, аспирантка Нью-Йоркского университета, объясняет: «Звуковые колебания воздействуют на частицы, аналогично тому, как волны на воде могут сдвинуть плавающий лист. С помощью стоячей звуковой волны возможно поднять объекты в воздух, преодолевая гравитацию». Важно отметить, что при взаимодействии частиц, находящихся в состоянии левитации, происходит перераспределение рассеянных звуковых волн.

Более крупные частицы генерируют больше звука, чем мелкие. Таким образом, воздействие большой частицы на маленькую оказывается сильнее, чем влияние маленькой на большую. Вследствие этого, взаимодействие между частицами разного размера становится неравномерным. «Представьте себе два парома различного размера, направляющихся к пристани, — объясняет Моррелл. — Каждый из них порождает волны, воздействующие на другой, но в разной мере, в зависимости от их габаритов».

Взаимодействия, передающиеся посредством волн, не подчиняются третьему закону Ньютона, благодаря чему шарики способны спонтанно колебаться в состоянии покоя, поддерживая ритм, который сбалансированно компенсирует воздействие необычных сил. В статье авторы подчеркивают, что данный принцип может быть применен для исследования биологических часов, поскольку некоторые биохимические системы также демонстрируют нереципрокное взаимодействие (когда одно вещество оказывает большее влияние на другое, чем получает в ответё).