Физики Амстердамского университета создали необычный «кристалл времени» — систему, которая самопроизвольно начинает повторять свое движение с четким ритмом, причем без всякого внешнего «метронома». Работа опубликована в журнале Nature.
Если обычный кристалл — это упорядоченная в пространстве структура, то «кристалл времени» упорядочен во времени: его элементы повторяют одно и то же состояние через равные промежутки. Обычно такие системы приходится «раскачивать» внешним периодическим воздействием. Новизна работы в том, что ритм возник сам собой.
Процесс авторы назвали «укрупнением волн». Все начинается с мелких и быстрых колебаний, которые постепенно сливаются во все более крупные и медленные, пока вся структура не начинает двигаться как единое целое. Чтобы это увидеть, ученые использовали двумерный метаматериал, напечатанный на 3D-принтере: его поведение задается не составом, а геометрией. «Соты» собрали из 37 ячеек, каждая из трех упругих шестиугольников с датчиками, приводами и контроллером; исходные колебания шли с частотой около 30 в секунду.
Моделирование с добавленным «шумом» показало, что синхронный ритм сохраняется даже при случайных помехах. В другой установке — кольце из 24 моторов на почти лишенном трения воздушном столе — наблюдали такой же рост волн, хотя «кристалл времени» там не подтверждали. А когда в модель добавляли трение, самые длинные волны гасились, но по краю продолжали бежать устойчивые колебания.
Сами «кристаллы времени» — не вечные двигатели: энергия в них все же расходуется, а речь идет об устойчивом самоподдерживающемся ритме. По словам авторов, «укрупнение волн» может оказаться «показательным путем к кристаллизации времени» в системах с дополнительными симметриями, а заодно помочь в создании точных датчиков и устройств, где важна стабильная синхронизация.
Ранее забытая частица объяснила астрофизикам, почему существует Вселенная.