Az amerikai fizikusok egy csoportja képes volt felépíteni az úgynevezett „időkristályt” - egy olyan szerkezetet, amelynek lehetőségét már régen előre jelezték. A kristály egyik jellemzője az, hogy nemcsak a térben, hanem az időben is aszimmetrikusvá válik. Ezért felhasználható ultra-pontos kronométer készítésére.
A kristályok általában nagyon paradox formációk. Vegyük például a szimmetriával való kapcsolatukat: amint tudjuk, maga a kristály - megjelenése alapján - egyszerűen a térszimmetria modelljének tekinthető. A kristályosítási folyamat azonban nem más, mint annak rosszindulatú megsértése.
Ezt nagyon jól szemlélteti az oldatban lévő kristályok, például egyes sók képződésének példája. Ha eleve elemezzük ezt a folyamatot, akkor kiderül, hogy maga a megoldásban a részecskék kaotikusan vannak elrendezve, és a teljes rendszer minimális energiaszintje van. A részecskék közötti kölcsönhatások azonban szimmetrikusak a forgások és ollók szempontjából. Miután a folyadék kristályosodott, olyan állapot lép fel, amelyben mindkét szimmetria eltörik.
Megállapíthatjuk tehát, hogy a kapott kristály részecskéi közötti kölcsönhatás egyáltalán nem szimmetrikus. Ez magában foglalja a kristályok számos legfontosabb tulajdonságát - például, ezek a struktúrák - ellentétben a folyadékkal vagy a gázzal - az elektromos áramot vagy hőt különböző irányokban vezetik különböző irányokba (északon vezethetnek, de délen nem). A fizikában ezt a tulajdonságot anizotropianak nevezik. Ezt a kristályos anizotrópiát régen az emberek használják különféle iparágakban, például az elektronikában.
A kristályok egy másik érdekes tulajdonsága, hogy rendszerként mindig a minimális energiaszinten van. A legizgalmasabb az, hogy az sokkal alacsonyabb, mint például a kristály "szülését" lehetővé tevő megoldásban. Azt mondhatjuk, hogy ezeknek a szerkezeteknek a megszerzéséhez az energiát "el kell távolítani" az eredeti hordozóról.
Tehát egy kristály képződése során a rendszer energiaszintje csökken, és a kezdeti térbeli szimmetria megsérül. És nem olyan régen, az Egyesült Államok két fizikusa, Al Shapir és Frank Wilczek (egyébként Nobel-díjas) elgondolkodott azon, hogy létezik-e ún. Négydimenziós kristály, ahol a szimmetria törése nem csak a térben, hanem az időben is megtörténik.
Komplex matematikai számítások segítségével a tudósok bebizonyították, hogy ez teljesen lehetséges. Az eredmény egy olyan rendszer, amely létezik, mint egy igazi kristály, minimális energiaszinten. De a legérdekesebb dolog az, hogy bizonyos periodikus struktúrák kialakulása miatt, nem a térben, hanem az időben, aszimmetrikus végállapotba kerül. A mű szerzői ezt a rendszert nagyon ünnepélyesen nevezték - "az idő kristályának".
Egy idő után egy kísérleti fizikusok csoportja, Zhang Xiang professzor vezetésével, a Kaliforniai Egyetemen (USA), úgy döntött, hogy ilyen rendszert nem papíron, hanem a valóságban hoz létre. A tudósok létrehoztak egy berilliumion-felhőt, majd egy kör alakú elektromágneses mezőbe "rögzítették". Mivel az egyenlően töltött ionok egymástól való elektrosztatikus taszítása következtében egyenletesen oszlik meg a kör körül, a kutatók lényegében gáznemű kristályt kapták. És bár a mező jellemzői nem változtak, a rendszer állapotának elméletileg sem kellett volna megváltoznia.
Promóciós videó:
Ugyanakkor a számítások, majd a megfigyelések azt mutatták, hogy ez a nagyon ionos gyűrű nem lesz mozdulatlan. A gáznemű kristály folyamatosan forogott, és az ionok kölcsönhatásai néha szimmetrikusak voltak, akkor nem. Mindezt akkor is megfigyeltük, amikor a kristályt majdnem abszolút nullára hűtöttük. Tehát ez a szerkezet valóban "időkristálya": megmutatja a periodicitás és az aszimmetria tulajdonságait mind térben, mind időben.
Kíváncsi, hogy a Zhang professzor csoportja által tervezett, az ionok szabadon forgó gyűrűje sok nem szakember számára társította azt egy örökmozgásgépekkel. Természetesen egy gázkristály úgy néz ki, mint egy perpetum mobil, de valójában nem az. Végül is ez a rendszer nem tud semmilyen munkát végezni, mivel minden alkotóeleme azonos energiaszinten van (ráadásul a minimum). És a termodinamikai második törvény szerint a munka csak abban a rendszerben lehetséges, amelynek alkotóelemei legalább két energiaszinten vannak.
Ugyanakkor ez egyáltalán nem jelenti azt, hogy az "időkristályt" semmilyen módon nem lehet felhasználni gyakorlati igények kielégítésére. Zhang professzor meg van győződve arról, hogy ennek alapján például rendkívül pontos kronométert lehet készíteni. Végül is, a szimmetria és az aszimmetria közötti átmenetnek határozott periodicitása van. Időközben a professzor és kollégái részletesebb tanulmányozni akarják az általuk létrehozott csodálatos szerkezet tulajdonságairól …
Anton Evseev