2012 년 2 월, 노벨상을 수상한 물리학자인 프랭크 윌크 제크 (Frank Wilczek)는 이상한 일로 공개하기로 결정했고, 걱정스럽고 다소 창피한 아이디어. 윌크 제크 (Wilczek)는 불가능한 것처럼 보이는“시간 결정”에 대한 명백한 증거를 개발했다. 시계 나 다른 알려진 물체와 달리 시간 결정은 저장된 에너지가 아니라 시간의 대칭이 파손되어 특별한 형태의 영구 운동을 가능하게합니다.
매사추세츠 기술 연구소 (Massachusetts Institute of Technology)의 교수 인 윌크 제크 (Wilczek)는“물리학에 대한 대부분의 연구는 이전의 일에 대한 지속적인 것입니다. 그는 이렇게 말했다
Wilczek의 아이디어는 물리학 자의 음소거 반응을 만났습니다. 여기에는 나중에 Axions와 Anyons라는 입자의 존재를 포함하여 주류에 들어온 이국적인 이론을 발전시키는 것으로 알려진 훌륭한 교수가 있었고, 점근 적 자유라고 알려진 핵무기의 재산을 발견했습니다 (2004 년에 노벨 상을 공유 한). 그러나 물리학의 기본 법칙에 의해 불가능한 영구 운동은 삼키기가 어려웠다. 이 작품은 주요 획기적인 역할을했거나 잘못된 논리를 구성 했습니까? Wilczek의 간행물과 함께 제공되는 연구에 대한 관점을 쓴 폴란드 Jagiellonian University의 물리학 교수 및 원자 광학 교수 인 Jakub Zakrzewski는 다음과 같이 말합니다.
이제 기술적 발전으로 물리학 자들이 아이디어를 테스트 할 수있게되었습니다. 그들은이 perpetuum mobile 를 희망하는 것이 아니라 시간 크리스탈을 건설 할 계획입니다. 끝없는 에너지 공급을 생성 할 것이지만 (발명가들이 천년 이상 헛되이 노력해 왔을 때) 더 나은 시간 이론 자체를 산출 할 것입니다.
.미친 개념
이 아이디어는 2010 년에 수업 강의를 준비하는 동안 Wilczek에게 왔습니다.“저는 결정의 분류에 대해 생각하고 있었고, 공간과 시간에 대해 함께 생각하는 것이 자연스럽게 나에게 일어났습니다.”라고 그는 말했습니다. "따라서 우주의 결정에 대해 생각한다면, 결정 행동의 시간에 대한 분류에 대해 생각하는 것도 매우 당연합니다."
.물질이 결정화되면, 원자는 자발적으로 3 차원 격자의 행, 기둥 및 스택으로 스스로를 구성합니다. 원자는 각 "격자 지점"을 차지하지만 원자 사이의 힘의 균형은 그 사이의 공간에 거주하는 것을 방지합니다. 원자가 갑자기 존재하는 곳에 대한 연속적 인 선택이 아니라 갑자기 불연속적인 선택을 갖기 때문에 결정은 자연의 공간 대칭을 깨뜨린다고합니다. 공간의 모든 장소가 동일하다는 일반적인 규칙입니다. 그러나 자연의 시간적 대칭은 어떻습니까? 안정적인 물체가 시간이 지남에 따라 동일하게 유지되는 규칙은 어떻습니까?
Wilczek은 몇 달 동안 가능성을 밝혔습니다. 결국, 그의 방정식은 원자가 실제로 정기적으로 반복되는 격자를 제 시간에 형성하여 (연속적인) 간격이 아닌 개별 (연속적인) 간격 후에 만 초기 배열로 돌아와서 시간 대칭을 깨뜨릴 수 있음을 나타냅니다. 에너지를 소비하거나 생산하지 않고, 시간 결정은 안정적 일 것입니다. 물리학 자들이 그들의“지상 상태”라고 부르는 것은 과학자들이 말하는 구조의 주기적 변화에도 불구하고 영원한 움직임으로 해석 될 수 있습니다.
버클리 캘리포니아 대학의 양자 물리학 자 하트 무트 하프너 (Hartmut Häffner)는“물리학 자에게는 시간 의존적 인 지상 상태를 생각하는 미친 개념입니다. “지상 상태의 정의는 이것이 에너지의 제로라는 것입니다. 그러나 국가가 시간 의존적이라면, 이는 에너지 변화 또는 무언가가 변화하고 있음을 의미합니다. 무언가가 돌아 다니고 있습니다.”
에너지를 소비하지 않고 어떻게 무언가가 움직이고 계속 움직일 수 있습니까? 허용되는 물리 법칙에서 큰 휴식을 취한 것은 터무니없는 생각처럼 보였다. 그러나 양자 및 고전 시간 결정에 관한 Wilczek의 논문 (켄터키 대학교의 Alfred Shapere가 공동 저술 한 후자)은 전문가 리뷰어 패널에서 살아남 았으며 2012 년 10 월에 물리적 리뷰 서한에 출판되었습니다. Wilczek은 자연에 대칭이 존재하는 대상을 깨뜨리는 대상을 알지 못했지만 실험 주의자들은
를 만들려고했다고 주장했습니다."그것은 당신이 목표를 그려서 화살이 그들을 때릴 때까지 기다리는 것과 같습니다." "이 행동에 대한 논리적 장벽이 실현되지 않으면 실현 될 것으로 예상됩니다."
큰 테스트
6 월, 버클리의 나노 엔지니어 인 Xiang Zhang이 이끄는 물리학 자와 Zhang 그룹의 물리학 자이자 박사후 연구원 인 Tongcang Li는 하전 된 원자 또는 이온의 지속적으로 회전하는 고리 형태로 시간 결정을 만들 것을 제안했습니다. (Li는 Wilczek의 논문을 읽기 전에 아이디어를 고려하고 있다고 말했다.)이 그룹의 기사는 Wilczek의 물리적 검토 편지에 출판되었다.
.그 이후로 프랑스의 유럽 싱크로트론 방사선 시설의 이론 물리학자인 패트릭 브루노 (Patrick Bruno)는 학술 문헌에서 반대 의견을 표명했다. Bruno는 Wilczek과 회사가 지상 상태가 아닌 흥분된 에너지 상태에서 물체의 시간 의존적 행동을 실수로 식별했다고 생각합니다. 잉여 에너지가 주기적으로 움직이는 물체에 대한 놀라운 것은 없습니다. 시간 결정이 되려면 물체는 지상 상태에서 영구 운동을 보여야합니다.
Bruno의 의견과 Wilczek의 답변은 2013 년 3 월 물리 검토 서한에 나타났습니다. Bruno는 Wilczek이 양자 시간 결정의 가상의 예로 제안한 모델 시스템에서 낮은 에너지 상태가 가능하다는 것을 보여주었습니다. Wilczek은 그 예는 시간 결정이 아니지만 오류가“기본 개념에 의문을 제기하지 않는다”고 생각하지 않는다고 말했다.
.브루노는“나는 그 예가 정확하지 않다는 것을 증명했다. "그러나 나는 지금까지, 적어도 지금까지는 일반적인 증거가 없습니다."
토론은 아마도 이론적 근거로 해결되지 않을 것입니다. Zakrzewski는“공은 정말 영리한 실험 동료들의 손에 달려 있습니다.
버클리 과학자들이 이끄는 국제 팀은 정교한 실험실 실험을 준비하고 있지만 자금 조달 또는 예상치 못한 기술적 어려움에 따라“3 년에서 무한대 사이의 어느 곳도 걸릴 수 있다고 Zhang의 공동 연구자 인 Häffner는 말했다. 희망은 시간 결정이 물리학을 양자 역학의 정확하고 불완전한 법칙을 넘어서서 더 큰 이론으로 이끌어 줄 것입니다.
.Li는“아인슈타인을 따라 새로운 기여를 할 수 있는지보고 싶어합니다. "그는 양자 역학이 완전하지 않다고 말했다."
이온 링을 구축하려면
앨버트 아인슈타인의 일반 상대성 이론 (중력을 지배하는 법률의 본문과 우주의 대규모 구조)에서 시간과 공간의 차원은 시공간으로 알려진 동일한 직물로 짜여져 있습니다. 그러나 양자 역학 (아 원자 규모의 상호 작용을 지배하는 법률)에서 시간 차원은 공간의 3 차원과 다른 방식으로 표현됩니다.
시간의 다른 치료는 일반 상대성 이론과 양자 역학 사이의 비 호환성의 한 가지 원인 일 수 있으며, 그 중 적어도 하나는 양자 중력에 대한 모든 것을 포괄하는 이론 (이론적 물리학의 주요 목표로 널리 볼 수 있도록)을 변경해야합니다. 시간의 개념은 옳은가?
시간 결정이 기존의 결정이 공간 대칭을 깨는 것과 같은 방식으로 시간 대칭을 깨뜨릴 수 있다면,“본질적으로 두 가지 양은 비슷한 특성을 갖는 것처럼 보이며 궁극적으로 이론에 반영되어야한다고 말합니다. 이것은 양자 역학이 부적절하고 더 나은 양자 이론이 시간과 공간을 동일한 직물의 두 실로 취급 할 수 있음을 시사합니다.
버클리 주도 팀은 전극으로 둘러싸인 작은 챔버에 100 개의 칼슘 이온을 주입하여 시간 결정을 구축하려고 시도 할 것입니다. 전극에 의해 생성 된 전기장은 이온을 100 미크론 너비의 "트랩"또는 대략적으로 인간 모발의 너비로 상관시킵니다. 과학자들은 현장을 부드럽게하기 위해 전극을 정확하게 보정해야합니다. 전하가 격퇴되기 때문에 이온은 트랩의 바깥 쪽 가장자리 주위에 골고루 공간을두고 결정질 고리를 형성합니다.
처음에는 이온이 여기 상태에서 진동하지만 DVD 플레이어와 같은 다이오드 레이저는 여분의 운동 에너지를 점차적으로 흩어지는 데 사용됩니다. 그룹의 계산에 따르면, 이온 링은 이온이 절대 제로 이상 약 10 억의 정도까지 냉각 될 때 접지 상태에 정착해야합니다. 이 온도 체제에 대한 접근은 트랩 전극으로부터 나오는 배경 열에 의해 오랫동안 방해되어 왔지만, 9 월에는 전극에서 표면 오염 물질을 세척하기위한 획기적인 기술로 이온 트랩 배경 열이 100 배 감소 할 수있었습니다. Häffner는“이것이 바로이 실험을 도달하는 데 필요한 요소입니다.
다음으로, 연구원들은 트랩에서 정적 자기장을 켜고, 이론은 이론이 회전을 시작하도록 유도하고 (무기한으로 그렇게 계속) 말한다. 모든 것이 계획대로 진행되면, 이온은 고정 간격으로 출발점으로 순환하여 시간적으로 정기적으로 반복되는 격자를 형성하여 시간적 대칭을 깨뜨립니다.
.링의 회전을보기 위해 과학자들은 레이저로 이온 중 하나를 zap하여 다른 99 이온과 다른 전자 상태에 넣어 효과적으로 태그를 지정합니다. 다른 사람들이 두 번째 레이저에 의해 어두워 질 때 그것은 밝게 유지됩니다 (그리고 새로운 위치를 드러냅니다.
밝은 이온이 꾸준한 속도로 고리를 돌면 과학자들은 처음으로 번역 대칭이 깨질 수 있음을 보여 주었을 것입니다. Li는“이것은 우리의 이해에 실제로 도전 할 것입니다. "하지만 먼저 우리는 그것이 실제로 존재한다는 것을 증명해야합니다."
그런 일이 일어나기 전까지는 일부 물리학 자들은 깊이 회의적으로 남아있을 것입니다. Bruno는“개인적으로 지상 상태에서 움직임을 감지 할 수 없다고 생각합니다. "그들은 토 로이드 트랩으로 이온 고리를 만들고 그와 함께 흥미로운 물리학을 할 수 있지만, 그들이 주장하는대로 끊임없이 끄는 시계를 보지 못할 것입니다."
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