Понятие симметрии является
одним из фундаментальных в современной физике. Оно выходит далеко за
пределы обычной пространственной симметрии и, упрощенно говоря,
заключается в сохранении действия тех или иных свойств системы при
определенных ее преобразованиях.

К примеру, как
бы ни ориентировалась система в пространстве, для нее продолжает
действовать закон сохранения импульса – так проявляется симметрия
пространства. Аналогичным образом при преобразовании (трансляции)
времени для системы проявляет себя закон сохранения энергии. Вообще, в
соответствии с теоремой Нётер,
каждому виду симметрии соответствует некоторый закон сохранения. Можно
сформулировать и наоборот, симметрично: законы сохранения – следствие
фундаментальной симметрии.

Впрочем, известен
целый ряд случаев и того, что Вселенная не проявляет симметричность,
которая, казалось бы, вытекает из некоторых физических законов и
принципов. Это явление известно, как спонтанное нарушение симметрии: в
системе, описываемой симметричными законами и удовлетворяющей
симметричным начальным условиям, появляются несимметричные конечные
состояния.

Самым ярким примером симметрии
служат знакомые всем кристаллы с их высокоупорядоченным расположением
частиц. При этом сам процесс кристаллизации раствора можно назвать очень
ярким примером спонтанного нарушения симметрии. В растворе частицы
расположены хаотично, и вся система находится на минимальном
энергетическом уровне. Взаимодействия между частицами симметричны
относительно поворотов и сдвигов. Однако после того, как жидкость
кристаллизовалась, возникает состояние, в котором обе эти симметрии
оказываются нарушенными: взаимодействие между частицами в кристалле не
симметрично.

Кристаллы и их пространственная симметрия неплохо изучены – но лишь недавно работающие в США исследователи Аль Шэпир (Al Shapere) и Нобелевский лауреат Фрэнк Вильчек (Frank
Wilczek) задумались над тем, возможно ли образование подобных
периодических упорядоченных структур не в пространстве, а во времени,
структур, при формировании которых происходит то же спонтанное нарушение
симметрии. Ученые пришли к положительному ответу на этот вопрос – и
ничуть не удивительно, что назвали такие структуры «кристаллами
времени».

С помощью сложных математических
выкладок авторы показали возможность существования системы на
минимальном энергетическом уровне, которая за счет образования
определенных периодических структур не в пространстве, а во времени,
приходила бы к несимметричному конечному состоянию – тому самому
«кристаллу времени». На более близком нам уровне проявляться подобное
может в форме периодических изменений определенных термодинамических
свойств системы.

popmech.ru