นักวิทยาศาสตร์เพิ่งประสบความสําเร็จในการสร้างสถานะลึกลับของสสารที่เรียกว่าผลึกเวลา สถานะที่แปลกใหม่ของสสารนี้ดูเหมือนจะระงับกฎของอุณหพลศาสตร์อย่างไม่มีกําหนด (เครดิตภาพ: เอ็ดเวิร์ดส์/เจกิไอ)
หมายเหตุบรรณาธิการ: บทความนี้ได้รับการอัปเดตเมื่อวันที่ 9 มีนาคม เวลา 11:20 น. อี.ที.
สถานะใหม่ที่แปลกประหลาดของสสารที่เรียกว่าผลึกเวลาดูเหมือนจะระงับกฎของอุณหพลศาสตร์เกือบ
จะไม่มีกําหนดการทดลองใหม่สองอย่างแนะนําผลึกเวลาเป็นหลักคอลเลกชันของอะตอมหรือไอออนที่อยู่ห่างไกล แต่ยังคงปฏิสัมพันธ์กัน รูปแบบของสสารนี้ช่วยให้ “ฟ้อง” อย่างไม่มีกําหนดที่ความถี่ที่แน่นอนโดยไม่ร้อนขึ้นหรือสร้างเอนโทรปีซึ่งเป็นสภาวะธรรมชาติของความผิดปกติที่มักจะเพิ่มขึ้นในจักรวาล ผลึกเวลาทํางานเนื่องจากผลกระทบควอนตัมหรือกฎที่แปลกประหลาดที่อธิบายถึง menagerie ของอนุภาคย่อยอะตอมขนาดเล็ก”เราได้พบขั้นตอนใหม่ของสสาร” Soonwon Choi ผู้เขียนร่วมของการศึกษากล่าว ซึ่งเป็นนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาด้านฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดกล่าว “มันเป็นสิ่งที่เคลื่อนไหวได้ทันเวลาในขณะที่ยังมีเสถียรภาพ” [18 ความลึกลับที่ยังไม่ได้คลี่คลายที่ใหญ่ที่สุดในฟิสิกส์]
แม้ว่าสถานะของสสารที่ค้นพบใหม่จะน่าสนใจในตัวเอง แต่ก็สามารถปูทางไปสู่คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ไม่สูญเสียข้อมูลได้ Choi กล่าว คริสตัลเวลานักฟิสิกส์ Frank Wilczek เสนอแนวคิดเรื่องคริสตัลเวลาเป็นครั้งแรกในวารสาร Physical Review Letters ในปี 2012 ในการศึกษาครั้งนั้นเขาแนะนํารูปแบบของสสารที่ทําลาย “ความแปรปรวนของเวลา” ซึ่งเป็นความสมมาตรพื้นฐานในเวลาโดยธรรมชาติ แนวคิดเรื่องความแปรปรวนของเวลากําหนดว่าการทําอะไรบางอย่างในตอนนี้จะให้ผลลัพธ์เช่นเดียวกับการทําสิ่งเดียวกันเช่น 1 นาทีในอนาคต (เงื่อนไขอื่น ๆ ทั้งหมดเท่ากัน)
อย่างไรก็ตามในความคิดของ Wilczek ปฏิสัมพันธ์ของควอนตัมระหว่างอนุภาคเช่นไอออนหรืออนุภาคย่อยของอะตอมสามารถสร้างสถานะของสสารที่แกว่งไปมาซ้ํา ๆ ในเวลาเช่นเดียวกับที่คริสตัลมีโครงสร้างที่ทําซ้ําในอวกาศ นั่นหมายความว่าหากเรื่องสั่นด้วยระยะเวลา 2 นาทีการทําอะไรกับเรื่องนั้นในตอนนี้จะให้ผลลัพธ์ที่แตกต่างจากการทําสิ่งเดียวกัน 1 นาทีนับจากนี้ [ภาพถ่าย: คริสตัลเวลาที่แปลกใหม่ที่สร้างขึ้นในห้องปฏิบัติการ]
เพื่อให้เข้าใจว่าสิ่งนี้หมายถึงอะไรลองนึกภาพคนสองคนถือเชือกกระโดดและแกว่งไปมาสําหรับบุคคลที่สามที่กระโดด ในสภาวะปกติของสสารถ้าเชือกทําวงกลมทุกวินาทีบุคคลนั้นจะต้องกระโดดทุกวินาที แต่ในคริสตัลเวลามันเหมือนกับว่าจัมเปอร์ยกเท้าของเขาหรือเธอขึ้นทุกครั้งที่เชือกกระแทกพื้นและยังรักษาเวลาไว้และไม่เข้าไปพัวพันกับเชือกนอร์แมนเหยาผู้เขียนร่วมการศึกษากล่าวว่านักฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียเบิร์กลีย์ซึ่งเมื่อต้นปีนี้ได้พัฒนากรอบทฤษฎีสําหรับการทดสอบผลึกเวลา
เมื่อเร็ว ๆ นี้งานติดตามผลที่สร้างขึ้นจากความคิดของ Wilczek แสดงให้เห็นว่าผลึกเวลาไม่สามารถอยู่ในสมดุลความร้อนได้ (หลักการพื้นฐานของอุณหพลศาสตร์คือวัตถุสองชิ้นที่สัมผัสกันในที่สุดจะหมุนที่อุณหภูมิเดียวกันที่สถานะคงที่หรือสมดุลความร้อนของระบบ) แต่หลังจากนั้นไม่นานนักวิจัยแสดงให้เห็นว่าผลึกเวลาอาจมีอยู่ในสถานะแบบไดนามิกเมื่อระบบมีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วและยังไม่ถึงสมดุลทางความร้อน
เมื่อต้นปีนี้ Yao กับ Andrew Potter นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยเท็กซัสที่ออสตินและเพื่อนร่วมงานได้
พัฒนาบทความเชิงทฤษฎีที่ระบุลายเซ็นสําคัญของคริสตัลเวลา กระดาษแผ่นนั้นทํานายว่าจะเกิดอะไรขึ้นเมื่อคริสตัลดังกล่าวละลายเข้าสู่สภาวะฮัมดรัมมากขึ้นของสสารและวางวิธีทดลองเพื่อพิสูจน์การมีอยู่ของผลึกเวลา ชอยและเพื่อนร่วมงานได้พัฒนาความคิดของตนเองสําหรับวิธีการแสดงให้เห็นถึงการมีอยู่ของผลึกเวลาอย่างอิสระจากนั้นก็ออกเดินทางเพื่อสร้างคริสตัลดังกล่าวในห้องปฏิบัติการ
การระงับอุณหพลศาสตร์ในคู่ของการศึกษาที่ตีพิมพ์ในวันนี้ (8 มีนาคม) ใน วารสารธรรมชาติ (เปิดในแท็บใหม่)นักวิจัยแสดงให้เห็นว่าผลึกเวลาสามารถมีอยู่ในระบบที่แตกต่างกันมาก
ที่นี่การตั้งค่าสําหรับการสร้างผลึกเวลาโดยใช้เพชรที่เต็มไปด้วยข้อบกพร่องของไนโตรเจนที่ว่าง ข้อบกพร่องเหล่านี้ทําหน้าที่เหมือนสปินเล็ก ๆ ที่สามารถจัดการได้ด้วยแสงเลเซอร์เพื่อสร้างผลึกเวลา (เครดิตภาพ: จอร์จ คุคสโก)
ชอยและเพื่อนร่วมงานของเขาที่มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดใช้เพชรที่เต็มไปด้วยศูนย์สีไนโตรเจนว่าง 1 ล้านแห่ง เหล่านี้เป็นจุดในตาข่ายผลึกคาร์บอนของเพชรที่อะตอมไนโตรเจนได้เข้ามาแทนที่อะตอมของคาร์บอน เนื่องจากไนโตรเจนมีขนาดเล็กกว่าคาร์บอนการทดแทนนี้จึงทิ้งพื้นที่ว่างไว้ในตาข่ายและไนโตรเจนและพื้นที่ว่างสามารถทํางานร่วมกันได้ราวกับว่าพวกมันเป็นอนุภาคขนาดเล็กที่มีสปิน (ตําแหน่งงานว่างเรียกว่าศูนย์สีเนื่องจากอะตอมไนโตรเจนสร้างสีในเพชรในกรณีนี้เพชรเต็มไปด้วยข้อบกพร่องเหล่านี้จนปรากฏเป็นสีดํา)การใช้เลเซอร์และรังสีไมโครเวฟทีมจะเต้นเป็นจังหวะตําแหน่งว่างไนโตรเจน
