Считалось невозможным: физики решили 100-летнюю загадку энергии, как это изменит технологии

Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters, пишет Interesting Engineering.

Почти 100 лет назад физикиДжон фон Нейман и Юджин Вигнер предложили странное поведение волны, которое сбивает с толку ученых даже сегодня. Они назвали его связанным состоянием в континууме. В этом случае энергия остается запертой в системе, хотя кажется, что она должна вырваться наружу. Представьте себе волны звука или света, застрявшие в одном месте на неопределенное время без возможности выхода, даже когда они окружены пространством, в котором они обычно распространяются.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

До сих пор считалось, что связанное состояние в континууме никогда не может возникнуть в реальности. Но физики впервые показали, что возможно. Они провели эксперимент, в ходе которого удерживали механические волны внутри резонатора.

Ученые использовали небольшие кварцевые стержни цилиндрической формы, чтобы построить систему, которая могла бы контролировать движение механических волн. Они придумали способ управлять взаимодействием этих волн, регулируя, как стержни соприкасаются друг с другом.

Физики обнаружили, что когда они выстраивали стержни определенным образом, механическая волна полностью оказывалась захваченной внутри одного стержня без какой-либо потери энергии. Это известно, как поляризационно-защищенное связанное состояние в континууме.

Затем физики соединили несколько стержней в ряд и увидели, что захваченные волны могли растягиваться вдоль всей цепи, не распространяясь и не теряя энергию. Это необычное поведение известно, как плоская полоса.

Пол словам ученых, они увидели, что несмотря на то, что система допускает движение волны, энергия не распространяется и остается идеально ограниченной. Индивидуально ограниченные волновые моды, то есть связанное состояние в континууме и плоска полоса, в совокупности образуют не распространяющуюся полосу в системе, называемую связанной полосой в континууме. Это особое поведение волны удерживает энергию, даже когда волна движется через связанную систему.

Многие устройства, которыми пользуются люди, такие как микроволновые печи, смартфоны, динамики, умные часы, работают с использованием резонаторов, которые усиливают различные волны, например, звуковые или электромагнитные.

Но используемые сейчас резонаторы имеют большое ограничение. Они постоянно теряют энергию и нуждаются в постоянном источнике питания, чтобы оставаться активными. Связанное состояние в континууме и связанная полоса в континууме могут изменить это, говорят физики.

Со связанным состоянием в континууме внутри резонаторов система может хранить энергию, не теряя ее, что может помочь в создании более эффективных устройств, которым не требуется постоянный приток энергии. Со связанной полосой в континууме, когда подключено несколько систем, захваченные волны все еще могут перемещаться по системе, не теряя энергию. Это может привести к созданию устройств, которые работают дольше и эффективнее.

Как уже писал Фокус, астрономы обнаружили рекордную мертвую галактику, а потому историю Вселенной придется переписать. Открытие показывает, что галактики могли быстро набрать большую массу и так же быстро "умереть" намного раньше в истории Вселенной, чем считали астрономы.