( Ноябрь 2025, idb@kiwiarxiv )
Авангард современной науки уже второй десяток лет весьма успешно осваивает физику дополнительных измерений пространства. Измерения такие именуют «синтетическими» , а особо важный аспект происходящего либо упускается, либо замалчивается преднамеренно.
В недавнем выпуске научного журнала Photonics Insights опубликована большущая, объёмом свыше ста страниц, статья под довольно помпезным названием Comprehensive Review… , или «Всесторонний обзор достижений в области синтетических измерений» [o1].
Выражаясь аккуратнее, первое слово названия — Comprehensive — можно переводить по-разному: всеобъемлющий, всесторонний, всеохватывающий, полный и тому подобное. Но как слово ни переводи, обзор этот для новой — и очень важной — научной области у весьма солидного авторского коллектива всё равно получился и не полный, и не всесторонний. Хотя и реально толстый по объёму, тут спору нет.
Как бы там ни было, однако, речь в обзоре идёт о таком захватывающе интересном направлении экспериментальных и теоретических исследований физиков, которое ещё не успело обрасти ни монографиями, ни учебниками, ни даже упоминаниями в Википедии. А потому большущая статья с библиографией почти на 600 позиций, да ещё и подготовленная активно работающими в теме учёными-профессионалами, в любом случае является делом нужным и полезным.
Ну а про то, чего там реально и существенно недостаёт, расскажет данный выпуск «Других новостей 11:11» . Но первым делом, естественно, имеет смысл вкратце пояснить, что ныне подразумевают в науке под Синтетическими Измерениями. И почему это очень важно.
Термин Synthetic Dimensions, обозначающий дополнительные измерения пространства-времени помимо четырёх общеизвестных (3 для пространства и 1 для времени), появился в научном обиходе в начале 2010-х годов [o2]. Появился, можно подчеркнуть, с подачи европейских исследователей, главным образом из Испании, Португалии и Польши, где первыми начали активно разрабатывать данное направление.
В нынешней статье гранд-обзора, подготовленного интернациональным авторским коллективом учёных-физиков из США, Китая и Индии, термин «синтетические измерения» употребляется уже как единственный и прочно утвердившийся в науке для обозначения любых, по сути, дополнительных размерностей сверх 4D.
Отчего, к сожалению, сильно затуманивается важная суть открытия. Ибо наукой здесь, по сути дела, открыт, наконец, совершенно реальный маршрут к полноценному освоению многомерной физики Природы.
ОБО ВСЁМ — КРОМЕ САМОГО ГЛАВНОГО
Открывает нынешний гранд-обзор вот такая, плотно насыщенная информацией картинка:
Можно сказать, что данная схема-диаграмма служит своего рода «графическим оглавлением» для многочисленных разделов и подразделов собственно статьи. И одновременно даёт наглядное представление о том, сколь широко и разнообразно развиваются направления исследований в этой новой научной области.
Для людей, ориентирующихся в современном научном жаргоне физики конденсированных состояний материи (инженерия Флоке, неэрмитовы системы, топологическая накачка заряда, поверхности Вейля и т. п.) лишь одной этой картинки достаточно, наверное, чтобы оценить значимость и размах здесь происходящего.
Ну а для всей прочей публики, подобный жаргон не воспринимающей, но живо интересующейся достижениями на передовых рубежах науки, суть происходящих здесь событий — вкратце и на общечеловеческом языке — можно пояснить так.
Благодаря достижениям современных технологий учёные ныне имеют возможности не только конструировать «квантовые симуляторы» , но и воссоздавать с их помощью реально работающие физические системы с более высоким числом измерений пространства-времени.
Квантовыми симуляторами, если кто вдруг не в курсе, принято именовать такие экспериментальные системы, которые служат аппаратами для реального погружения в микромир частиц. То есть позволяют исследователям не только манипулировать разнообразными и удивительными, но незримыми для нас квантовыми эффектами микромира на основе расчётов (как прежде), но и непосредственно моделировать теперь эту физику для прямых наблюдений и опытов.
Моделирование такого рода систем, стабильно демонстрирующих квантовое поведение в макромасштабах, лучше всего освоено в областях сверхохлаждённых атомов и лазерной оптики (фотоники). Ну, а самое, наверное, замечательное в данном процессе — это то, что квантовые симуляторы позволяют реально экспериментировать с такой экзотической физикой и моделировать такие феномены, которые прежде были доступны для исследований лишь сугубо теоретически — на уровне математических уравнений и компьютерных программ.
В частности, теперь у учёных появляются возможности работать с квантовыми эффектами в условиях искривлённой геометрии пространств и пространств с более высоким числом измерений. Формулируя то же самое чуть иначе, квантовые симуляторы физиков конденсированной материи — и только они — уже сегодня позволяют реально экспериментировать с такими феноменами «экстремально больших» и «экстремально малых» масштабов, которые в теориях физики фундаментальной прежде мыслились как «всегда недоступные» для непосредственных опытов…
И вот именно здесь мы можем наблюдать интереснейшую, чрезвычайно важную научную коллизию. Согласно очень давно заведённой среди учёных традиции, для «физики тут» (то есть физики твёрдого тела, ныне именуемой физикой конденсированной материи) было принято подразумевать сугубо второстепенные роли «науки малой». Ибо первостепенные роли «науки большой» всегда мыслились для физики фундаментальной, занимающейся познанием природы на экстремально микроскопических масштабах (физика частиц высоких энергий) и экстремально гигантских масштабах космологии.
К концу прошлого, XX века, однако, от наиболее проницательных и авторитетных физиков-твердотельщиков — вроде нобелевских лауреатов Филипа Андерсона и Роберта Лафлина — громко и отчётливо стали звучать иные, возмутительно еретические идеи. [i1][i2]
Согласно которым, во-первых, физика конденсированного вещества не только имеет, но и вполне успешно осваивает уже ВСЕ из тех квантовых феноменов, которые прежде считались исключительно областью физики частиц высоких энергий.
Во-вторых, ошибочно полагать, будто подлинно фундаментальная наука не имеет отношения к проблемам нашей повседневной жизни. Правильно развиваемая наука вполне может быть одновременно и фундаментальной, и полезной в реальной жизни.
И в-третьих, ни физика частиц высоких энергий, ни космология в принципе не способны помочь человеку в решении важнейших научных «проблем тут» — начиная с высокотемпературной сверхпроводимости и заканчивая природой жизни и сознания. Физика же конденсированной материи — это именно та область, где спрятаны ключи к решению подобных проблем…
О том, что к настоящему времени эти еретические некогда идеи уже успели набрать весьма внушительное число сторонников среди видных представителей научного мейнстрима, с подробностями рассказывалось в материале «Большие перемены в фундаменте» [i3]. Но процесс этот, однако, идёт всё ещё очень трудно и медленно.
Поэтому и в нынешнем «Всеобъемлющем обзоре …» внимание авторов сосредоточено практически целиком на прикладных аспектах изучения синтетических измерений. А про бесспорную важность освоения дополнительных измерений для прогресса в фундаментальной науке говорится чрезвычайно кратко и по сути дела мимоходом. То есть, фактически, всего две общих фразы в самом начале и в самом конце статьи.
Первая фраза появляется в Abstract (краткой аннотации):
Предлагая единый взгляд на разработки в этой области, мы стремимся дать представление о том, что синтетические измерения могут быть мостом между фундаментальной физикой и прикладными технологиями, способствуя междисциплинарному взаимодействию в областях атомной и фотонной инженерии, квантовых симуляторов и обработки информации.
И ещё одна фраза на ту же тему обнаруживается в строках Заключения:
Последний же важный момент, который мы хотели бы подчеркнуть в синтетических измерениях, это их потенциал для технологических приложений в таких манипуляциях квантовыми состояниями или оптическими полями, которые устроены нестандартным образом — используя идеалы фундаментальной физики.
Здесь, конечно, совершенно неуместно начинать рассуждения о том, почему для столь важной темы, как стимулирование прогресса в фундаментальной науке, в данном Обзоре места не нашлось.
Но вот что будет точно к месту, так это наглядно продемонстрировать тот существенный раздел области «Синтетических Измерений» , который имеет самое непосредственное отношение к проблемам фундаментальной физики. И который авторы «Всестороннего обзора…» проигнорировали в своей статье целиком и полностью.
КРИСТАЛЛЫ ВРЕМЕНИ — КАК ПЛАТФОРМА ДОСТУПА К ДАРОВОЙ ЭНЕРГИИ
Чуть больше года тому назад, в мае 2024, другой научный журнал Communications Physics тоже публиковал обзорную статью на интересующую нас тему: «Синтетические размерности для топологических и квантовых фаз» [o3].
Тот прошлогодний обзор, правда, не претендовал на статус «всестороннего» и по объёму был раз в десять поменьше. Однако в нём вполне нашлось место для содержательного раздела «Кристаллы времени как платформа для квантовых симуляторов» . Для такой темы — Time Crystals, — иначе говоря, которая в нынешнем «Всестороннем обзоре…» не упоминается вообще ни единым словом. Как будто её просто в науке не существует.
Не будем заниматься здесь домыслами о том, какие мотивы (или что за менеджеры [i4]) руководили коллективом учёных авторов, когда они полностью изымали из обсуждения несомненно важный раздел своих собственных исследований. Но как можно доходчивее поясним, что означает данное замалчивание. И почему происходит это наверняка НЕ-случайно.
Случилось так, что целый комплекс новых, плотно соприкасающихся и пересекающихся областей научных исследований — инженерия Флоке [i5], кристаллы времени [i6], синтетические измерения — всё это богатство новых открытий появилось в физике по сути дела одновременно, в начале 2010-х годов.
И поскольку область инженерии Флоке в этом перечне оказалась наиболее обширной и фактически универсальной в своих приложениях, вполне естественно, что её исследователи вскоре стали заниматься развитием смежных направлений, включая и синтетические измерения, и кристаллы времени. Среди прочего, в частности, так возникла и отдельная тема моделирования синтетических измерений на платформе кристаллов времени.
Про фундаментально глубокую суть и интереснейшие особенности всего этого процесса в популярной форме рассказывает большой аналитический материал «Чудеса инженерии Флоке» [i5]. Где третья, самая возмутительная и провокационная часть «Что не видят, не слышат и не обсуждают» содержит достаточное количество подробностей для того, чтобы стало понятно главное.
Чтобы стало понятно, сколь радикально изменяются взгляды науки на устройство Вселенной, если (точнее, когда) фундаментальные основы физики начинают корректировать в соответствии с экспериментальными и теоретическими результатами инженерии Флоке. И какова, в частности, во всём этом роль кристаллов времени и дополнительных — не синтетических, подчеркнём, а натуральных — измерений пространства.
Краткости ради, здесь эти подробности большой статьи повторяться не будут, но особо принципиальные моменты выделить всё же необходимо.
Уже свыше сотни лет, с тех пор как Теодор Калуца и Оскар Клейн независимо друг от друга показали важность переформулирования обычной 4D-физики в условия 5D, наука наша точно знает, как выглядит математический рецепт для единого описания всех взаимодействий. Гравитационных, электромагнитных, ядерных — короче, всех.
Но чтобы воспользоваться этим рецептом, как выяснилось, науке нашей придётся признать и принять как истину тот факт, что целый ряд главнейших «законов физики» — вроде закона сохранения энергии, второго начала термодинамики и т.п. — это на самом деле вовсе не законы Природы. А лишь отражение уровня нашего (всё ещё очень ограниченного и крайне догматического) понимания окружающего мира.
Официально этот факт признать для учёных светил (особенно немолодых) чрезвычайно сложно. Что психологически вполне объяснимо. Соответственно, даже из общих соображений должно быть понятно, почему за целую сотню лет лучшие умы физической науки так и не смогли придумать абсолютно никаких практических приложений для чудесных теоретических открытий Калуцы и Клейна.
Если же пояснять ситуацию не в общем, а в конкретных деталях, то суть проблемы тут вот в чём. Когда Теодор Калуца в 1919 г. показал, что гравитационные уравнения ОТО (общей теории относительности) Эйнштейна при их расширении до 5 измерений содержат не только описание гравитации, но и электромагнетизма Максвелла, то попутно был математически открыт и ещё один — никому прежде неведомый — физический феномен.
Обнаружилось, что в условиях 5D, где гравитация и электромагнетизм оказываются двумя разными проявлениями одного и того же взаимодействия, незримо для нас присутствует ещё и третий компонент. Некое скалярное поле загадочной природы, которое постоянно «встряхивает» всё пространство в независимости от расстояний.
Более того, вскоре, когда в середине 1920-х выяснилось, что из тех же уравнений пятимерной версии ОТО можно выводить ещё и волновые уравнения квантовой механики, обнаруживший этот факт Оскар Клейн сразу же выдвинул и чрезвычайно важную — по сути верную — гипотезу. О том, что планковские кванты энергии, излучаемые частицами материи, порождаются в результате постоянных встряхиваний нашего 4D-пространства по пятому измерению…
Про то, что было сделано в науке за сто последующих лет с точки зрения практического освоения этих великих открытий Калуцы и Клейна, никакого рассказа не получится. Просто потому, что тут не было сделано абсолютно ничего.
Но вот про то, сколь интересное возрождение идей К-К начало происходить в 2010-х, вместе с одновременным появлением в физике Инженерии Флоке и Кристаллов Времени, рассказ выйдет не только занимательный, но и с отчётливой детективно-конспирологической интригой.
#
Идею кристаллов времени в 2012 году выдвинул авторитетнейший теоретик и нобелевский лауреат Фрэнк Вильчек [i6]. Суть же идеи проста и гениальна.
Главная особенность кристаллов обычных, пространственных, в том, что они имеют регулярную структуру кристаллической решётки. Среди учёных-физиков по некоторым причинам принято то же самое выражать более сложно: в кристаллах наблюдается нарушение трансляционной симметрии непрерывного пространства. Такая формулировка лучше доносит тот факт, что физические свойства материи внутри кристалла изменяются при перемещении из одной точки пространства в другую.
Но у нашего 4D-пространства-времени помимо трёх измерений пространства есть и ещё одно измерение — время. И Фрэнка Вильчека в какой-то момент озарила идея: а не могут ли существовать и во времени такие регулярные структуры с нарушением трансляционной симметрии?
Обсуждения идеи с коллегой, Альфредом Шапере, и сопутствующие теоретические прикидки показали, что да, действительно, существование и такого рода регулярных структур — кристаллов времени — представляется вполне возможным. [o4]
Неожиданное открытие Вильчека в рядах мейнстрим-науки вызвало отчётливое чувство дискомфорта. Уже на следующий год от теоретиков, охраняющих догмы науки, начали появляться «теоремы запрета» (No-Go), согласно которым для тех физических систем, которые наблюдаются в природе, формирование кристаллов времени в базовом состоянии минимума энергии оказывается невозможным [o5]. По тем же самым, фактически, причинам, из-за чего невозможно существование вечного двигателя.
Именно в те же годы, однако, появилась и начала быстро развиваться область Инженерии Флоке [i5]. Где исследователи изначально и по определению занимаются конструированием и изучением таких систем, к которым неприменимы ни законы сохранения, ни начала термодинамики. Потому что все элементы этих систем постоянно «встряхиваются», получая энергию извне и активно рассеивая её для разнообразных взаимодействий друг с другом. Иначе говоря, всегда находятся от термодинамического равновесия настолько далеко, насколько это вообще возможно.
Для исследователей Инженерии Флоке (и примыкающих к ней областей) концепция кристаллов времени выглядела интересно и многообещающе, так что здесь её разработку стали с энтузиазмом продолжать — как теоретически, так и экспериментально. [o6]
Благодаря чему вскоре был открыт феномен «дискретных кристаллов времени» (DTC) и было положено начало целому новому направлению исследований — физика твёрдого тела в домене времени на основе новой платформы квантовых симуляторов. Таких новых симуляторов, где измерение времени моделируется как ещё одно искусственное измерение — для экспериментального изучения физики многомерных структур. [o7]
Важно подчеркнуть, что квантовый симулятор на основе кристаллов времени подразумевает постоянное «встряхивание» системы полем или иным воздействием определённой частоты, чтобы порождался повторяющийся паттерн движения, сохраняющийся с течением времени. Таким способом в домене времени были воспроизведены многие феномены конденсированной материи, и стало возможным задействовать совместно и одновременно как темпоральные, так и пространственные измерения. А это, в свою очередь, позволило последовательно удваивать количество доступных для экспериментов размерностей: с 3 до 6 или с 2 до 4 и затем до 8.
Ну а самое для нашей истории главное — это то, что в процессе всех подобных экспериментов с кристаллами времени исследователями уже наработан обширный инструментарий как для нелинейного резонансного накачивания систем, что обеспечивает их переход в режим стабильной физики в более высоких измерениях, так и для надёжного выявления признаков многомерной физики в этих системах…
И вот теперь, завершив краткое освещения темы «кристаллы времени и дополнительные измерения» , остаётся развёрнуто и с фактами пояснить, по каким же причинам данная тема оказалась полностью изъята из обсуждения в толстенном «Всестороннем обзоре синтетических измерений» .
#
Факт первый — это так называемая энергия нуль-точки. Общепризнанный в физике факт наличия огромной неисчерпаемой энергии, постоянно присутствующей в каждой точке пространства, но только для нас, как общепринято считать, недоступной в принципе. Ибо уровень этой энергии повсюду один и тот же, а при отсутствии разности потенциалов черпать энергию из такого источника невозможно (с подробностями эта точка зрения официальной науки изложена в [i5, Часть 1]).
Факт второй — это постоянное «встряхивание» пространства, обнаруженное Теодором Калуцей в 5-мерной версии ОТО. Факт, указывающий на то, что по оси пятого измерения напряжённость скалярного поля (встряхивания) постоянно и периодически изменяется. Иначе говоря, если освоить сканирование этого пятого измерения Природы, то вполне можно выявить и частоты, на которых происходит встряхивание. А если частоты выявлены, то принципиальная проблема с невозможностью доступа к этой энергии снимается сама собой.
Факт третий — это принципы устройства экспериментального оборудования, моделирующего ныне кристаллы времени и дополнительные измерения. Если смотреть на суть устройства и работы этой конструкции в обратную сторону — то это уже готовый, фактически, прибор для точной настройки параметров на нужную частоту «встряхиваний Калуцы». И для работы, соответственно, в качестве генератора даровой энергии от чистого и неисчерпаемого источника.
Факт четвёртый [i7] — это свидетельство от авторитетного и весьма сведущего физика-твердотельщика Роберта Лафлина (нобелевского лауреата и изобрететеля, среди многого прочего, идеи топологической помпы для детектирования многомерной физики). Известная книга Лафлина «Преступление размышления и запирание научного разума» [o8] начинается с таких строк:
Большинство из нас обычно полагает, что способность к размышлениям и пониманию – это вещь естественная, человеческая и принадлежащая нам по праву. К несчастью, это заключение является ошибочным. Хотя кое-какая информация действительно доступна просто так и даже насильно прививается нам в школе, экономически наиболее ценные знания находятся в частной собственности и засекречены.
Причем владельцы такого рода знаний совершенно не желают, чтобы эта «их собственность» становилась общедоступной, и определённо не желают, чтобы государство платило учёным за то, чтобы они данные вещи «открывали».
Когда же заводишь с этими людьми разговоры о данной проблеме, то они вам улыбаются и настаивают, что образование бесценно, ну а разнообразные способы ограничивать знания – будь то обструкция и преднамеренное порождение путаницы, распространение лжи и дезинформации – все это конечно неприятно и отвратительно, однако никаких заговоров тут вовсе нет. После чего они тут же меняют тему беседы, а за спиной объявляют вас параноиком…
Факт пятый, для более наглядного представления о том, сколь давно освоены и успешно работают «разнообразные способы ограничивать знания» — это подробно расследованная история про «табу на тахионный кристалл» . Данный факт особо важен по той причине, что на весьма глубоком фундаментальном уровне феномен многомерных кристаллов времени и тахионный кристалл Клиффорда-Хопфа — это суть одно и то же. [i8]
Факт шестой заключается в том, что постижение глубоких взаимосвязей между кристаллами времени и кристаллом Клиффорда-Хопфа не только проясняет для фундаментальной физики глубокие взаимосвязи между даровой энергией нуль-точки и «тёмной энергией» космологии, но и даёт много больше того. Ключи к постижению природы Сознания и Жизни в постоянно эволюционирующей Вселенной, среди всего прочего. [i5, Часть 3]
Факт седьмой, наконец, это фрагмент программного выступления одного известного физика-теоретика и, по совместительству, ещё более известного администратора науки. Зовут этого учёного Роберт Дейкграаф, за последние десятилетия он занимал видные посты директора Института передовых исследований в Принстоне, США, главы национальной Академии наук и Министерства образования и науки в Нидерландах, а ныне, с января 2025 — является президентом ISC, Международного научного совета.
Несколько лет назад, в 2021, профессор Дейкграаф сделал любопытный доклад про «Будущее фундаментальной физики» [o9], сфокусированный вовсе не на «экстремально больших и экстремально малых» масштабах природы, а на «физике тут». Программные же тезисы этого доклада выглядели так [i3] (жирным выделено главное):
Сегодня мы живём в золотую эру науки, причём самое лучшее нам ещё только предстоит увидеть.
Прошедшие десятилетия были свидетелями не только удивительных научных прорывов, показавших нам множество неизвестных прежде вещей в нашем нынешнем понимании природы, но что ещё более важно, наука в целом сейчас движется от того, «что есть», к тому, что «может быть» в природе.
Так что в будущем появится намного больше фундаментальных законов природы, которые пока что скрыты от нас в бесчисленном множестве тех физических систем, которые мы могли бы создавать сами из уже известных на сегодня строительных блоков.
Эта ситуация требует от нас открытого разума в восприятии концепций единства и прогресса в физике.
Короче говоря, приведённых здесь фактов уже достаточно, наверное, чтобы понять, сколь кардинальные перемены происходят в настоящее время в науке. Ну а в какую сторону перемены пойдут, к лучшему или худшему, к большей открытости или же к ещё большему запиранию секретных знаний, это зависит от нас с вами.
И в первую очередь — от исследователей научного сообщества. Особенно молодых и напористых.
# # #
Дополнительное чтение:
[i1] Природа самообмана в точных науках
[i2] Фил Андерсон: Человек-эпоха и его наука
[i3] Большие перемены в фундаменте
[i4] Цензура по-научному
[i5] Инженерия Флоке: Часть 1 , Часть 2 , Часть 3
[i6] Кристаллы времени, или Процесс пошёл
[i7] Наш человек в Стэнфорде. О книге Роберта Лафлина «Преступление размышления»
[i8] Тахионный кристалл, или Интеллектуальная симуляция дебильности ; Тахионный кристалл Клиффорда-Хопфа
# #
Основные источники:
[o1] Danying Yu et al. A comprehensive review on developments of synthetic dimensions. Photonics Insights 4, R06 (2025) https://doi.org/10.3788/PI.2025.R06 . Preprint arXiv:2503.01465 [physics.optics]
[o2] A. Celi et al. Synthetic gauge fields in synthetic dimensions. Phys. Rev. Lett. 112 043001 (2014) Preprint arXiv:1307.8349
[o3] J. Argüello-Luengo et al. Synthetic dimensions for topological and quantum phases. Communications Physics (2024) 7:143 https://doi.org/10.1038/s42005-024-01636-3 Preprint arXiv:2310.19549 [quant-ph]
[o4] Wilczek, F. Quantum time crystals. Phys. Rev. Lett. 109, 160401 (2012). arXiv:1202.2539 ; See also: A. Shapere and F. Wilczek. Classical time crystals. arXiv:1202.2537
[o5] Bruno, P. Impossibility of spontaneously rotating time crystals: a no-go theorem. Phys. Rev. Lett. 111, 070402 (2013) ; Watanabe, H. & Oshikawa, M. Absence of quantum time crystals. Phys. Rev. Lett. 114, 251603 (2015).
[o6] Sacha, K. Modeling spontaneous breaking of time-translation symmetry. Phys. Rev. A 91, 033617 (2015) ; Else, D. V., Bauer, B. & Nayak, C. Floquet time crystals. Phys. Rev. Lett. 117, 090402 (2016).
[o7] Sacha, K. Time Crystals (Springer International Publishing, 2020) ; Zaletel, M. P. et al. Colloquium: quantum and classical discrete time crystals. Rev. Mod. Phys. 95, 031001 (2023).
[o8] Robert B. Laughlin, The Crime of Reason: And the Closing of the Scientific Mind. Basic Books, 2008
[o9] The Future of Fundamental Physics, by Prof. Robbert Dijkgraaf (Director of the Institute for Advanced Study, Princeton, New Jersey, USA). CERN, 25 Mar 2021 [PDF Slides, 60 Mb]
#
kiwi arXiv 
Для отправки комментария необходимо войти на сайт.