«Самое примечательное свойство дискретных темпоральных жидкостей — как квантовых, так и классических — заключается в том, что дискретный темпоральный кристалл с конечной плотностью топологических временных дефектов может в среднем восстанавливать симметрию относительно сдвига во времени», — пишут ученые из Института физики сложных систем Общества Макса Планка (Германия).

В своей работе исследователи опирались на принципы существования так называемых дискретных темпоральных кристаллов, одного из самых удивительных явлений в современной физике. Помимо пространственного измерения у них есть определенная закономерность поведения во времени. Это не просто естественные колебания атомов. Внешнее воздействие (например, лазер) поддерживает эту закономерность, однако сам кристалл «отсчитывает» такты в ином ритме. Скажем, на каждые два импульса внешнего источника приходится один такт колебаний кристалла.

Но что произойдет, если сам источник внешнего воздействия окажется нестабильным? Если вместо равномерного ритма на кристалл будет воздействовать сигнал, который меняется непредсказуемым образом? Для ответа на этот вопрос исследователи разработали теоретическую модель — двумерную решетку взаимодействующих спинов. Эта решетка была помещена в электромагнитный резонатор. Под нагревом резонатора возникают случайные тепловые флуктуации, которые заставляют электромагнитное поле колебаться. Колебания воздействуют на спины, побуждая их поворачиваться и взаимодействовать с соседними. Поскольку у резонатора есть собственная частота колебаний, возникающие флуктуации приобретают определенный ритм.

Когда ученые смоделировали эту систему, обнаружилось нечто неожиданное, сообщает Science Alert. При определенных условиях спины начинали совершать колебания с частотой, составляющей половину частоты резонатора, — несмотря на то, что флуктуации, вызывавшие эти колебания, были совершенно нерегулярными. Это поведение отличалось от того, что происходит в обычном дискретном темпоральном кристалле. Хотя в целом спины сохраняли свой ритм, время от времени они сбивались, переключаясь между двумя равнозначными вариантами своего повторяющегося паттерна. Исследователи называют такие нарушения «темпоральными солитонами» — дефектами временного порядка, которые разрушают дальнюю когерентность, не уничтожая при этом сам ритм.

Подобно тому как жидкая вода сохраняет определенную локальную структуру даже после того, как дальний порядок ее кристаллической решетки разрушается, смоделированные спины сохраняли ближний темпоральный порядок, даже когда дальняя когерентность исчезала. Именно это состояние исследователи назвали «дискретной темпоральной жидкостью».

Кроме того, тепловые флуктуации не просто нарушали состояние спинов, они способствовали возникновению упорядоченной структуры. При низких температурах флуктуации были слишком слабыми, чтобы сформировать характерный повторяющийся узор. При средних температурах спины «входили в ритм». А при высоких температурах флуктуации становились настолько сильными, что порядок разрушался окончательно. Иными словами, тепловое воздействие может привести к возникновению порядка — но лишь до определенного предела.

Следствием исследования может быть возможность существования «жидкого времени» даже в состоянии теплового равновесия — в условиях, при которых, как принято считать, возникновение обычных темпоральных кристаллов невозможно.

Пока всё это остается лишь теорией. Ученые не проверили эту идею экспериментально. Но если это произойдет, то у физиков появится новое понимание причудливой взаимосвязи между порядком и хаосом.

Совсем недавно международная команда физиков обнаружила новый способ возникновения такого «кристалла времени» — не через внешний ритм, а через самопроизвольный процесс, в котором конкурирующие колебания постепенно синхронизируются, и порядок возникает из хаоса.