Физики-ядерщики из университетов Ростока и Бирмингема сделали сенсационное открытие, которое меняет наше понимание времени и его роли в физических процессах. Они научились создавать световые вспышки, возникающие буквально из пустоты. Как такое возможно и что это значит для будущего науки?
Все мы привыкли, что время течёт только вперёд, а повернуть его вспять невозможно. Это явление британский астрофизик Артур Эддингтон назвал "стрелой времени" ещё в 1927 году. Десятилетиями учёные занимались пространственными явлениями, пока случайное открытие не заставило их задуматься о времени в квантовом мире.
В лабораториях были созданы материалы с уникальными свойствами — пространственно-временные кристаллы. В них атомы формируют регулярные структуры не только в пространстве, но и во времени. Квантовые состояния частиц повторяются через равные интервалы, создавая временной порядок, который раньше считался невозможным.
Это открытие вызвало предположение, что однонаправленность времени может приводить к новым квантовым эффектам. Для проверки гипотезы была разработана специальная экспериментальная установка. В ней пространство и время образуют единую структуру, где квантовые флуктуации вакуума усиливаются и порождают реальные фотоны. Частицы света возникают из ничего, существуют в строго заданных координатах и затем исчезают.
"Картина почти библейская", — комментирует профессор Александр Шамайт из Университета Ростока. — "Сначала ничего, затем физические законы как бы говорят 'да будет свет!' — и он действительно появляется в конкретной точке пространства".
Однако процесс этот не случаен: он подчиняется строгим математическим принципам. Профессор Ханна Прайс объясняет, что ключевую роль здесь играет топология — раздел математики, изучающий неизменные свойства фигур. Топологические законы защищают определённые состояния материи от внешних воздействий.
Необратимость времени в сочетании с топологией делает световые импульсы удивительно стабильными. Они сохраняют свои характеристики даже при сбоях в оборудовании или посторонней засветке.
Помимо попыток людям стать подобными Богу, новые результаты обещают революцию в привычных нам технологиях. Традиционные оптические системы страдают от помех, но новый подход обещает создать линии связи с идеальным качеством передачи данных. Медицинская аппаратура сможет формировать точные изображения, а лазеры — достигать небывалой точности.
Для теоретической, фундаментальной науки это открытие имеет ещё большее значение. Впервые удалось показать, как свойства времени порождают новые квантовые явления. Возможно, перед нами открывается новая область, где переплетаются квантовая механика, теория относительности и топология. Изучение этих взаимосвязей может помочь разгадать тайны мироздания — от природы тёмной материи до квантовой гравитации.