Временные кристаллы — это объекты, которые нарушают последовательность обращения во времени и могут возвращаться к исходному состоянию вопреки классическим законам физики, которыми описана система, внутри которой они существуют. В статье опубликованной в журнале Nature Physics, учёные заявляют о возможности экспериментально получить такие кристаллы вне квантовых пространств. Так же ими было отмечено, что такие кристаллы могут быть частью естественных процессов.
Нобелевский лауреат Фрэнк Вильчек в 2012 году высказал теоретическую возможность существования кристаллов, нарушающих симметрию во времени, по аналогии с тем, как обычные кристаллы (к примеру, водного льда) нарушают симметрию формы. Вода, из которой образуются кристаллы, симметрична во всех направлениях, в то время как получающиеся кристаллы только в некоторых. В такой системе вполне возможно возникновение движения, даже в случае её пребывания в состоянии покоя.
Исходные работы Вильчека касались систем, нарушающих течение непрерывного времени, существование которых оказалось невозможным, но с некоторыми оговорками. Основной «лазейкой» для существования кристаллов является стационарность эволюции системы и локальность взаимодействия с ней. Используя оба механизма учёным, уже удавалось создавать квантовые дискретные временные кристаллы, за счёт присутствия регулярного воздействия.
Также в недавно опубликованной теоретической работе было установлено, что создание материи в состоянии истинных временных кристаллов гипотетически возможно, при том в полноценном варианте, за счёт высокой не локальности взаимодействия внутри системы. Каждый элемент должен напрямую влиять как минимум на половину других, что на данный момент возможность только в квантовых системах кубитов.
Под руководством Нормана Яо группе американских физиков вернулись к идее временных кристаллов в контексте дискретного времени, и смогли доказать возможность экспериментального получения такого состояния материи. Как показывает их исследование, такие состояния возможны даже внутри досконально изученных системы вроде привязанных маятников. Формально, идеальный маятник мог бы стать идеальным временным кристаллом, но в реальности его обычным состоянием является состояние покоя. Безусловно можно сколь угодно долго поддерживать его колебания, но повторение состояний буде не устойчивым. Увы, но такой простой подход не позволит создать истинный ДВК, ведь устойчивость к внешним воздействиям является одним из основных его свойств.
В общем случае открытая система должна постепенно нагреваться от притекающей энергии и, в конечном счете, вернуться к изменённому жидкому состоянию, что изменит локальный временной порядок. Квантовые ДВК противостоят неограниченному нагреванию при помощи многочастотной локализации, при которой из-за взаимодействия между частицами их динамика оказывается ограничена. Подобное наблюдается только в квантовых системах, но при этом необходимая степень «квантовости» системы для возникновения подходящих для образования ДВК условий неизвестна.
Авторами статьи был предложен вариант системы, основанной на связанных пружинами маятниках со слабой нелинейностью. Колебания таких маятников не будут строго ограничены, а постепенный нагрев будет компенсироваться рассеиванием тепла при трении об окружающую среду. Однако и у такой системы есть свои недостатки - рано или поздно нагрев произойдёт и колебания станут гармоническими, что будет означать "плавление" системы и восстановление течения времени. Тем не менее учёные не исключают возможности существования истинных временных кристаллов вне квантового поля, ведь указанный недостаток может быть исправлен, однако в рамках механической системы это представляется маловероятным.
Помимо использованных в исследовании маятников свойства временных кристаллов демонстрируют волны зарядовой плотности и связанные джозефсоновские контакты. Дополнительно авторами статьи было выдвинуто предположение о возможности схожих процессов при взаимодействии клеток.
