En gruppe amerikanske fysikere var i stand til å konstruere den såkalte "tidens krystall" - en struktur, hvis mulighet for lenge siden ble spådd. Et trekk ved krystallen er muligheten til med jevne mellomrom å bli asymmetrisk ikke bare i rommet, men også i tid. Derfor kan den brukes til å lage et ultra-presist kronometer.
Krystaller er generelt veldig paradoksale formasjoner. Ta for eksempel forholdet deres til symmetri: som vi vet, en krystall i seg selv, bedømt etter utseendet, kan betraktes som en modell for romlig symmetri. Krystalliseringsprosessen er imidlertid ikke annet enn den ondsinnede brudd.
Dette illustreres veldig godt ved eksempelet på dannelse av krystaller i oppløsning, for eksempel noen salter. Hvis vi analyserer denne prosessen helt fra begynnelsen av, vil det sees at i selve løsningen er partiklene ordnet kaotisk, og hele systemet er på et minimumsenerginivå. Interaksjoner mellom partikler er imidlertid symmetriske med hensyn til rotasjoner og skjær. Etter at væsken har krystallisert oppstår imidlertid en tilstand der begge disse symmetriene er brutt.
Dermed kan vi konkludere med at samspillet mellom partikler i den resulterende krystall ikke er symmetrisk. Dette innebærer en rekke av de viktigste egenskapene til krystaller - for eksempel fører disse strukturene, i motsetning til væske eller gass, elektrisk strøm eller varme på forskjellige måter i forskjellige retninger (de kan lede den mot nord, men ikke mot sør). I fysikk kalles denne egenskapen anisotropi. Denne krystallinske anisotropien har lenge blitt brukt av mennesker i forskjellige bransjer, for eksempel elektronikk.
En annen interessant egenskap ved krystaller er at den som et system alltid er på det minimale energinivået. Det som er mest nysgjerrig er at det er mye lavere enn for eksempel i løsningen som "fødte krystallen". Det kan sies at for å oppnå disse strukturene, er det nødvendig å "ta bort" energi fra det opprinnelige underlaget.
Så under dannelsen av en krystall, reduseres energinivået til systemet og den innledende romlige symmetrien brytes. Og for ikke så lenge siden lurte to fysikere fra USA, Al Shapir og Frank Wilczek (forresten, en nobelprisvinner) om eksistensen av en såkalt "firedimensjonal" krystall var mulig, der symmetribryting ikke ville skje ikke bare i verdensrommet, men også i tid.
Ved hjelp av komplekse matematiske beregninger klarte forskere å bevise at dette er fullt mulig. Resultatet er et system som eksisterer, som en ekte krystall, på et minimum energinivå. Men det mest interessante er at på grunn av dannelsen av bestemte periodiske strukturer ikke i rommet, men med tiden, ville det komme til en asymmetrisk slutttilstand. Forfatterne av verket kalte et slikt system veldig høytidelig - "tidens krystall".
Etter en stund bestemte en gruppe eksperimentelle fysikere ledet av professor Zhang Xiang fra University of California (USA) seg for å lage et slikt system ikke lenger på papir, men i virkeligheten. Forskere har laget en sky av berylliumioner, og deretter "låst" den i et sirkulært elektromagnetisk felt. Siden den elektrostatiske frastøtningen av like ladede ioner fra hverandre får dem til å fordeles jevnt rundt sirkelen, fikk forskerne i det vesentlige en gassformig krystall. Og mens kjennetegnene på feltet var uendret, burde ikke systemets tilstand i teorien ha endret seg heller.
Salgsfremmende video:
Samtidig viste beregninger, og deretter observasjoner, at denne veldig ioniske ringen ikke vil være bevegelsesfri. Den gassformige krystallen roterte konstant, og interaksjonene til ionene var noen ganger symmetriske, da ikke. Alt dette ble observert selv når krystallen ble avkjølt til nesten absolutt null. Dermed er denne strukturen virkelig en "krystall av tid": den viser egenskapene til periodisitet og asymmetri både i rom og i tid.
Det er underlig at den rolige roterende ionerringen, designet av professor Zhangs gruppe, fikk mange ikke-spesialister til å knytte den til en evigvarende bevegelsesmaskin. En gasskrystall ser selvfølgelig ut som en perpetum-mobil, men det er den faktisk ikke. Tross alt kan ikke dette systemet utføre noe arbeid, siden alle dets komponenter er på samme energinivå (dessuten minimum). Og i henhold til den andre loven om termodynamikk, er arbeid bare mulig i dette systemet, hvis komponenter er minst på to energinivåer.
Samtidig betyr ikke dette i det hele tatt at "tidskrystallen" ikke kan brukes på noen måte til praktiske behov. Professor Zhang er overbevist om at for eksempel et ultra-presist kronometer kan konstrueres på grunnlag av det. Tross alt har overgangen fra symmetri til asymmetri en uttalt periodisitet. I mellomtiden ønsker professoren og kollegene å gjøre en mer detaljert studie av egenskapene til den fantastiske strukturen de skapte …
Anton Evseev
