Wiedzą jak zbudować kryształ czasoprzestrzenny

[KopalniaWiedzy.pl 365]

Wieczny zegar, który będzie idealnie odmierzał czas nawet po końcu wszechświata, struktura, która pozwoli naukowcom na badanie złożonych właściwości fizycznych, takich jak np. splątanie czy układy wieloczłonowe. Teoretyczna koncepcja takiej struktury, zwanej kryształem czasoprzestrzennym, kryształem 4D, w którym oprócz przestrzeni mamy uwzględniony też wymiar czasu, powstała w umysłach naukowców już jakiś czas temu. Jednak dotychczas nikt nie wiedział, jak coś takiego można by zbudować.

Zespół pracujący pod kierunkiem uczonych z Lawrence Berkeley National Laboratory opracował właśnie eksperymentalny projekt takiego kryształu. Miałby on bazować na elektrycznej pułapce jonowej oraz prawie Coulomba i odpychaniu się cząstek o jednakowym ładunku.

Pole elektryczne pułapki jonowej utrzymuje cząstki na miejscu, a siły Coulomba powodują, że spontanicznie formują one przestrzenny kryształ w kształcie pierścienia. Po włączeniu słabego statycznego pola magnetycznego ten jonowy kryształ zacznie się nieprzerwanie obracać. Ciągły obrót uwięzionych jonów powoduje pojawienie się porządku czasowego, co z kolei prowadzi do powstania czasoprzestrzennego kryształu o najniższym stanie energetycznym - mówi Xiang Zhang z Berkeley Lab. Jako, że kryształ znajduje się w najniższym możliwym stanie energetycznym może teoretycznie istnieć nawet wówczas, gdy wszechświat osiągnie maksymalną entropię.

Koncepcja kryształu z porządkiem czasowym została zaproponowana w bieżącym roku przez Franka Wilczka, noblistę z Massachusetts Institute of Technology. Wilczek matematycznie udowodnił, że takie kryształy mogą istnieć. Dotychczas nie wiadomo było jednak, jak je zbudować.

Kryształ czasoprzestrzenny wygląda jak perpetuum mobile, a jego stworzenie jest, na pierwszy rzut oka, nieprawdopodobne. Musimy jednak pamiętać, że nadprzewodnik, a nawet zwykły metalowy pierścień mogą, w odpowiednich warunkach, pozwolić na nieprzerwany ruch elektronów znajdujących się w kwantowym stanie podstawowym. Oczywiście elektronom takim brakuje porządku przestrzennego i dlatego nie mogą zostać użyte do stworzenia kryształu czasoprzestrzennego - mówi Tongcang Li, jeden ze współpracowników Zhanga. Li dodaje, że zaproponowany przez nich kryształ czasoprzestrzenny nie jest perpetuum mobile, gdyż znajduje się w stanie podstawowym i jako taki nie pozwala na pozyskanie zeń energii. Jednak taki kryształ może być nieocenionym narzędziem dla wielu badań.

Kryształ czasoprzestrzenny byłby sam w sobie systemem wieloczłonowym. Jako taki pozwoliłby na szukanie odpowiedzi dotyczących fizyki systemów wieloczłonowych. Na przykład moglibyśmy się dowiedzieć, w jaki sposób powstaje kryształ czasoprzestrzenny, jak przerwanie symetrii przekłada się na czas, jakie kwazicząsteczki istnieją w krysztale czasoprzestrzennym, jaki wpływ na kryształ mają nieprawidłowości w jego budowie. Odpowiedzi na te pytania znacząco polepszyłyby nasze rozumienie natury - dodaje Li.

Inny członek grupy badawczej, Peng Zhang, zauważa, że kryształ taki mógłby również umożliwiać przechowywanie i przekazywanie informacji kwantowej w czasie i przestrzeni, a wiedza, jaką dzięki niemu moglibyśmy zyskać pozwoliłaby na powstanie wielu nowych technologii i urządzeń.

Grupa Zhanga chce przełożyć swój teoretyczny projekt na praktykę. Największym problemem będzie schłodzenie jonowego pierścienia do stanu podstawowego. Jednak kłopot ten można przezwyciężyć już w najbliższej przyszłości, wraz z rozwojem technologii produkcji pułapek jonowych. Jako, że nikt nigdy nie stworzył kryształu czasoprzestrzennego, nie znamy jego właściwości i będziemy musieli je poznać. Takie badania powiększą naszą wiedzę o przejściu fazowym i złamaniu symetrii - dodaje Xiang Zheng.

[antykwant 7]

Przeczytałem ostatnio popularno naukową książkę F. WIlczka pod tytułem "Lekkość bytu". Bardzo fajna polecam. Książka wyjaśnia pochodzenie masy 95% zwykłej materii.

[kynio 1]

Jak już wszechświat przestanie "istnieć", czyli, gdy juz nie będzie można wyróznić żadnej zmiany (bo "istnienie" polega na możliwości pokazania zmiany) to również żaden zegar nie będzie istniał. Czas jest tylko formą abstrakcji. Zegar pokazuje obiekt na drodze - nie czas.Nie da się pokazać żadnego przedziału czasu.

[Jarek Duda 140]

Oryginalne kryształy czasowe miały mieć proces periodyczny już w stanie minimalnej energii ... ale się poddali, wręcz dowodzą że się nie da, np.: https://as2.c.u-tokyo.ac.jp/seminar/slides/TC.pdf

Ale przecież relatywistyczna mechanika kwantowe wymaga E = mc^2 w ewolucji fazy exp(−iEt/ℏ)  - czyli procesu periodycznego już w stanie minimalnej energii, dosłownie napędzanego masą: np. tzw. zegar de Brogliea elektronu/zitterbewegung (potwierdzenie eksperymentalne: https://link.springer.com/article/10.1007/s10701-008-9225-1 ), czy oscylacje neutrin - tłumaczone takim wprowadzeniem 3 mas ( https://en.wikipedia.org/wiki/Neutrino_oscillation#Theory )

Czyli elektron i neutrina pokazują że jednak się da ... pytanie o mechanizm - tutaj jest toy model time crystal kink: https://arxiv.org/pdf/2501.04036

 

 

[Jarek Duda 140]

Właśnie opublikowałem wprowadzający z prostymi kodami: https://community.wolfram.com/groups/-/m/t/3398814

Czyli chcemy zrozumieć mechanizm dlaczego ewolucja exp(i E t / hbar) relatywistycznie dla E=mc^2 jest dosłownie napędziana masą cząstki m - dając oscylacje już przy najniższej energii jak w oryginalnej definicji time crystal ... 

Poddali się poszukując time crystals (np. https://as2.c.u-tokyo.ac.jp/seminar/slides/TC.pdf ), ale to jest dokładnie co obserwowane dla elektronu i neutrin, no i pokazuję że jednak można to osiągnąć ... wręcz u mnie samo wychodzi: dla odtworzenie elektromagnetyzmu na (skwantowanych) ładunkach topologicznych potrzebujemy Lagrangianu z wyrazami krzywizna^2, w 4D z sygnatury czasoprzestrzeni wychodzą też subtelne ujemne wyrazy krzywina^2 w Hamiltonianie - dosłownie dając tendencje energetyczne dla oscylacji w związku z masą grawitacyjną.

Animacja dla elektronu - skwantowany ładunek elektryczny jako topologiczny: jeż długiej osi. Do tego potrzebujemy moment pędu, dipol magnetyczny i zegar de Broglie/zitterbewegung - wszystkie trzy dostajemy dynamiką fazy kwantowej interpretowanej jako twist pola:

[peceed 128]

W dniu 22.02.2025 o 06:36, Jarek Duda napisał:

Poddali się poszukując time crystals (np. https://as2.c.u-tokyo.ac.jp/seminar/slides/TC.pdf

Bez jaj - podali schemat dowodu że takie nie mogą istnieć, to nie jest "poddanie się".

 

[Jarek Duda 140]

13 hours ago, peceed said:

podali schemat dowodu że takie nie mogą istnieć

... a elektron, neutrina na to: bzdura - mają oscylacje już przy najniższej energii: relatywistyczna QM wymaga E=mc^2 w psi~exp(-iEt/hbar), czyli dosłownie masa cząstki napędza zegar, pytanie o mechanizm ...

Bezpośrednie potwierdzenie eksperymentalne dla elektronu: https://link.springer.com/article/10.1007/s10701-008-9225-1

Analogiczny mechanizm dla neutrin dla 3 mas (eigenbasis): https://en.wikipedia.org/wiki/Neutrino_oscillation#Propagation_and_interference

Czyli fizyka pokazuje że coś nie tak z tymi "no-go" dowodami ... no i np. w https://community.wolfram.com/groups/-/m/t/3398814 pokazuję jak to naprawić żeby zgadzało się z elektronem/neutrinami.

[Astro 37]

W dniu 11.01.2025 o 20:17, Jarek Duda napisał:

ale się poddali, wręcz dowodzą że się nie da

Da się, istnieje nawet wiele prac eksperymentalnych. Polecam bardzo interesujący artykuł na Wikipedii:

Cytat

Subsequent work developed more precise definitions of time-translation symmetry-breaking, which ultimately led to the Watanabe–Oshikawa "no-go" statement that quantum space–time crystals in equilibrium are not possible.^[27][28] Later work restricted the scope of Watanabe and Oshikawa: strictly speaking, they showed that long-range order in both space and time is not possible in equilibrium, but breaking of time-translation symmetry alone is still possible.^[

 

[Jarek Duda 140]

16 minutes ago, Astro said:

quantum space–time crystals in equilibrium are not possible

... ale jednak elektron i neutrina mają oscylację w stanie najniższej energii (equilibrium) - wymagane przez relatywistyczne QM i obserwowane eksperymentalnie.

Społeczeństwo time crystals m.in. przez te "no-go theorems" właściwie się poddało szukając prawdziwych time crystals jak elektron czy neutrino, zamiast tego skupili się np. na period-doubling ... co jest obserwowane też klasycznie, np. w tych walking droplets odtwarzających zjawiska kwantowe (jak interferencja, tunelowanie, kwantyzacja orbit): kropelka odbija się co dwa okresy wymuszających oscylacji: https://dualwalkers.com/bouncingdroplets.html

[Astro 37]

4 godziny temu, Jarek Duda napisał:

ale jednak elektron i neutrina mają oscylację w stanie najniższej energii (equilibrium) - wymagane przez relatywistyczne QM i obserwowane eksperymentalnie.

1. Dlaczego niby ma istnieć równoważność: stan najniższej energii <=> equilibrium? Dla mnie mieszanie pojęć.
2. Śmiem twierdzić, że dla "swobodnego" elektronu nikt jednak zitterbewegung nie obserwował. Zajrzyj tu.

4 godziny temu, Jarek Duda napisał:

właściwie się poddało szukając prawdziwych time crystals jak elektron czy neutrino, zamiast tego

Nie myli Ci się przypadkiem indywidualizm z "zachowaniem kolektywnym"? Nazywanie neutrino kryształem jest... co najmniej nie na miejscu.

4 godziny temu, Jarek Duda napisał:

np. w tych walking droplets odtwarzających zjawiska kwantowe (jak interferencja

1. Interferencja to niekoniecznie zjawisko kwantowe. Falowe zdecydowanie tak.
2. Nie sądzisz, że warto jednak odróżniać odtwarzanie od imitacji?

4 godziny temu, Jarek Duda napisał:

https://dualwalkers.com/bouncingdroplets.html

Nie wiem co to, ale przeglądarka zablokowała i zaczęła mi pulsować ostrzegając przed najgorszym...

[Jarek Duda 140]

Zarówno Zitterbewegung, jak i oscylacje neutrin wymagają (relatywistyczne QM) użycia E=mc^2 w ewolucji exp(-iEt/hbar) - czyli dosłownie masa cząstki napędza jej zegar.

Stan najniższej energii można nazwać równowagowym, po wypromieniowaniu całej energii - nic się nie zmienia, co np. dla elektronu czy neutrin oznacza oscylacje.

Tak było w oryginalnej definicji https://en.wikipedia.org/wiki/Time_crystal : "lowest-energy state is one in which the particles are in repetitive motion".

Dla elektronu są potwierdzenia w symulacjach równania Diraca ... ale jest też jeden artykuł z bezpośrednim: https://link.springer.com/article/10.1007/s10701-008-9225-1 - dla ok. 81 MeV elektronów odległość między tyknięciami zegara zgadza się z przestrzenną siatką kryształu krzemu - zaobserwowali zwiększoną absorpcję ich takim rezonansie.

 

Co do analogów mechaniki kwantowej, używają obiektów z dualizmem korpuskularno-falowym: fale sprzężone z odbijaną kropelką - np. w interferencji kropelka porusza się jedną trajektorią, a jej sprzężona fala wszystkimi - pilotując korpuskułę:

Owszem to nie jest mechanika kwantowa, tylko jej analogi - pozwalające zastąpić "shut up and calculate" konkretnymi intuicjami. Dobry talk:

 

[Astro 37]

39 minut temu, Jarek Duda napisał:

Zarówno Zitterbewegung, jak i oscylacje neutrin wymagają (relatywistyczne QM) użycia E=mc^2 w ewolucji exp(-iEt/hbar) - czyli dosłownie masa cząstki napędza jej zegar.

1. Powtarzanie po raz trzeci tego samego nie jest (wyobraź sobie!) wyjaśnieniem ani odpowiedzią.
2. "Zitterbewegung" po polsku pisz małą literą.
3. Co rozumiesz przez "masa cząstki napędza jej zegar". Tak bardziej precyzyjnie poproszę...
4. No i to, że "wymagają" nie oznacza, że zostało to zaobserwowane, co jednak sugerowałeś (podejrzewam, że nie wczytałeś się w pracę, którą cytowałeś).

41 minut temu, Jarek Duda napisał:

Stan najniższej energii można nazwać równowagowym, po wypromieniowaniu całej energii

Bez urazy Jarku, ale to jakieś fizyczne blabla... Poczytaj może.

43 minuty temu, Jarek Duda napisał:

Tak było w oryginalnej definicji https://en.wikipedia.org/wiki/Time_crystal : "lowest-energy state is one in which the particles are in repetitive motion".

Widzisz to pogrubione i podkreślone s? Masz lepszą definicję kryształu? Hmm?

47 minut temu, Jarek Duda napisał:

Dla elektronu są potwierdzenia w symulacjach równania Diraca ...

Dla JONU, nie elektronu - WCZYTAJ się proszę...

48 minut temu, Jarek Duda napisał:

ale jest też jeden artykuł z bezpośrednim

Widzisz. Tym razem nie zamierzam poświęcać więcej czasu niż Ty poświęcasz średnio na "przeczytanie" artykułu (cenię swój czas, więc nie wymagaj by Twój interlokutor spędzał więcej) , bo w ciemno idę - artykuł kompletnie nie ma związku z tym co prawisz.

52 minuty temu, Jarek Duda napisał:

Co do analogów mechaniki kwantowej, używają obiektów z dualizmem korpuskularno-falowym: fale sprzężone z odbijaną kropelką - np. w interferencji kropelka porusza się jedną trajektorią, a jej sprzężona fala wszystkimi - pilotując korpuskułę

Pięknie, ale co to wnosi do ROZUMIENIA naszej RZECZYWISTOŚCI? Kropelkami chcesz w kwarki, czy co? Może i w tym jest sens, bo jeśli kropelki są z oleju święconego, to kto kurna wie...

[Jarek Duda 140]

Zakompleksionym frustratom używającym klawiatury jako worka treningowego, z "merytorycznymi" argumentami że kręci sie jedna czy wiele cząstek, czy jak zaczyna sie rzeczowniki w sąsiednim języku ... zostaje mi tylko życzyć wielu dalszych sukcesów.

ps. poprzednia mini-konferencja w którą organizowalem w tym temacie:

 

Edytowane 2 godziny temu przez Jarek Duda

[Astro 37]

46 minut temu, Jarek Duda napisał:

Zakompleksionym frustratom używającym klawiatury jako worka treningowego, z "merytorycznymi" argumentami że kręci sie jedna czy wiele cząstek, czy jak zaczyna sie rzeczowniki w sąsiednim języku ... zostaje mi tylko życzyć wielu dalszych sukcesów.

No cóż, ciągnie swój do swojego, prawda?  Rozbioru tego "polskiego" zdania już się nie podejmuję, ale w kontekście

46 minut temu, Jarek Duda napisał:

ps. poprzednia mini-konferencja w którą organizowalem w tym temacie:

polecam otworzyć piwo, zasiąść w fotelu i napawać się swoją wielkością... Wszystkiego najlepszego.

P.S. Jeśli

15 minut temu, Astro napisał:

"merytorycznymi" argumentami że kręci sie jedna czy wiele cząstek

ma być "argumentem" na wykładzie czy ćwiczeniach, to współczuję studentom (po cichu liczę, że nie masz styczności z dydaktyką, ale pewnie się mylę). Definicje w fizyce mają fundamentalny sens.

Edytowane 1 godzinę temu przez Astro