Вважалося неможливим: фізики вирішили 100-річну загадку енергії, як це змінить технології

Дослідження опубліковано в журналі Physical Review Letters, пише Interesting Engineering.

Майже 100 років тому фізикиДжон фон Нейман і Юджин Вігнер запропонували дивну поведінку хвилі, яка збиває з пантелику вчених навіть сьогодні. Вони назвали її зв'язаним станом у континуумі. У цьому випадку енергія залишається замкненою в системі, хоча здається, що вона має вирватися назовні. Уявіть собі хвилі звуку або світла, що застрягли в одному місці на невизначений час без можливості виходу, навіть коли вони оточені простором, у якому вони зазвичай поширюються.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Досі вважалося, що зв'язаний стан у континуумі ніколи не може виникнути в реальності. Але фізики вперше показали, що можливо. Вони провели експеримент, під час якого утримували механічні хвилі всередині резонатора.

Вчені використовували невеликі кварцові стрижні циліндричної форми, щоб побудувати систему, яка могла б контролювати рух механічних хвиль. Вони придумали спосіб керувати взаємодією цих хвиль, регулюючи, як стрижні стикаються один з одним.

Фізики виявили, що коли вони вибудовували стрижні певним чином, механічна хвиля повністю виявлялася захопленою всередині одного стрижня без будь-якої втрати енергії. Це відомо, як поляризаційно-захищений зв'язаний стан у континуумі.

Потім фізики з'єднали кілька стрижнів у ряд і побачили, що захоплені хвилі могли розтягуватися вздовж усього ланцюга, не поширюючись і не втрачаючи енергію. Ця незвичайна поведінка відома, як плоска смуга.

За словами вчених, вони побачили, що незважаючи на те, що система допускає рух хвилі, енергія не поширюється і залишається ідеально обмеженою. Індивідуально обмежені хвильові моди, тобто зв'язаний стан у континуумі та плоска смуга, у сукупності утворюють смугу, що не поширюється, у системі, звану зв'язаною смугою в континуумі. Ця особлива поведінка хвилі утримує енергію, навіть коли хвиля рухається через зв'язану систему.

Багато пристроїв, якими користуються люди, як-от мікрохвильові печі, смартфони, динаміки, розумні годинники, працюють із використанням резонаторів, що посилюють різні хвилі, наприклад, звукові або електромагнітні.

Але використовувані зараз резонатори мають велике обмеження. Вони постійно втрачають енергію і потребують постійного джерела живлення, щоб залишатися активними. Пов'язаний стан у континуумі та пов'язана смуга в континуумі можуть змінити це, кажуть фізики.

Зі зв'язаним станом у континуумі всередині резонаторів система може зберігати енергію, не втрачаючи її, що може допомогти у створенні більш ефективних пристроїв, яким не потрібен постійний приплив енергії. Зі зв'язаною смугою в континуумі, коли під'єднано кілька систем, захоплені хвилі все ще можуть переміщатися по системі, не втрачаючи енергію. Це може призвести до створення пристроїв, які працюють довше й ефективніше.

Як уже писав Фокус, астрономи виявили рекордну мертву галактику, а тому історію Всесвіту доведеться переписати. Відкриття показує, що галактики могли швидко набрати велику масу і так само швидко "померти" набагато раніше в історії Всесвіту, ніж вважали астрономи.