Физики предложили новый тип состояния вещества, в котором сохраняется ритм колебаний, но исчезает их долговременная упорядоченность. Исследователи назвали необычное состояние «дискретной жидкостью времени». Пока его существование показали только с помощью компьютерного моделирования.
Группа учёных из Института физики сложных систем Общества Макса Планка в Германии представила теоретическую модель, которая расширяет представления о возможных состояниях материи. В отличие от привычных твёрдых тел, жидкостей и газов, различие связано не с расположением частиц в пространстве, а с тем, насколько согласованно физическая система ведёт себя во времени.
В основе исследования лежит идея кристаллов времени. Обычный кристалл, например алмаз, обладает повторяющейся пространственной структурой. Кристалл времени отличается устойчивым повторением определённого состояния через равные промежутки. В дискретном варианте система, получающая периодическое воздействие, может отвечать собственным ритмом, например повторять состояние через каждые два цикла внешнего сигнала.
Авторы новой работы предположили, что временной кристалл способен частично потерять упорядоченность, подобно тому как лёд при плавлении превращается в воду. Жидкость больше не сохраняет строгую кристаллическую решётку, хотя соседние молекулы продолжают взаимодействовать друг с другом. По аналогии временная жидкость должна сохранять закономерные колебания на коротких интервалах, но терять согласованность между удалёнными моментами времени.
Чтобы проверить гипотезу, физики построили модель двумерной решётки из 100 на 100 классических спинов. Каждый спин можно представить как крошечную магнитную стрелку, способную менять направление. Решётку связали с резонатором, который колеблется под действием теплового шума. В отличие от обычных экспериментов с дискретными кристаллами времени, исследователи не задавали системе строго периодический внешний сигнал.
Компьютерное моделирование показало неожиданное поведение. При определённой интенсивности тепловых колебаний спины начинали менять состояние с частотой вдвое ниже характерной частоты резонатора. При слабом шуме устойчивый ритм не возникал, а слишком сильные колебания разрушали порядок. Получается, что нагревание в определённых пределах не мешало самоорганизации, а помогало системе приобрести регулярный ритм.
Однако обнаруженный режим отличался от обычного временного кристалла. Спины периодически переключались между двумя равнозначными вариантами колебаний, сохраняя удвоенный период, но меняя фазу движения. Исследователи назвали подобные нарушения «временными солитонами». Каждый такой дефект сбивал общую согласованность колебаний, не уничтожая локальный ритм. Именно сочетание устойчивых коротких участков и случайных переключений авторы считают главным признаком жидкости времени.
Для проверки механизма команда создала дополнительную упрощённую модель, в которой временные солитоны появляются с определённой вероятностью. Несмотря на простоту, расчёты воспроизвели распределение времён, в течение которых система сохраняет согласованность колебаний. Результат поддерживает предположение, что новый режим можно описывать как временной кристалл с конечной плотностью дефектов.
Физики обнаружили ещё одну интересную особенность. Поскольку переключения происходят в случайные моменты, при усреднении множества реализаций исчезает выделенный временной ритм. Система как бы восстанавливает симметрию относительно сдвига времени, хотя на коротких интервалах продолжает колебаться упорядоченно. Авторы предполагают, что подобное поведение может открыть путь к состояниям с временным порядком даже в условиях теплового равновесия, где существование обычных кристаллов времени ограничено фундаментальными теоретическими запретами.
При этом компьютерная модель не доказывает существование равновесной жидкости времени. Наблюдавшийся режим был метастабильным, то есть сохранялся продолжительное время, но постепенно разрушался из-за накопления энергии. Расчёты также рассматривали спины как классические объекты и не учитывали их обратное влияние на резонатор. В реальной физической системе взаимодействия могут оказаться сложнее.
Для будущей экспериментальной проверки исследователи рассматривают несколько вариантов, включая ультрахолодные атомные газы в оптических резонаторах и двумерные системы взаимодействующих электрических диполей. Главной трудностью станет создание подходящей связи между колебаниями резонатора и частицами. Пока неизвестно, удастся ли воспроизвести предсказанный режим в лаборатории.
Представленный 21 октября 2026 года препринт ещё не прошёл независимое научное рецензирование. Однако сама постановка задачи расширяет физику временной упорядоченности. Первые экспериментальные кристаллы времени удалось наблюдать ещё в 2017 году, а теперь исследователи пытаются выяснить, существуют ли у подобных систем аналоги плавления и других фазовых переходов. Если предсказание подтвердится, физики получат новый способ изучать возникновение порядка из случайных колебаний.