Skupina američkih fizičara uspjela je konstruirati takozvani "kristal vremena" - strukturu, čija je mogućnost bila davno predviđena. Značajka kristala je sposobnost da periodično postane asimetrična ne samo u prostoru, već i u vremenu. Stoga se može koristiti za izradu ultra preciznog kronometra.
Kristali su općenito vrlo paradoksalne formacije. Uzmimo za primjer njihov odnos sa simetrijom: kao što znamo, sam kristal, sudeći po njegovom izgledu, može se smatrati jednostavno modelom prostorne simetrije. Međutim, postupak kristalizacije nije ništa drugo do zlonamjerno kršenje.
To je vrlo dobro prikazano na primjeru stvaranja kristala u otopini, na primjer, nekih soli. Ako analiziramo taj postupak od samog početka, vidjet ćemo da su čestice u samoj otopini kaotično raspoređene, a cijeli sustav na minimalnoj energetskoj razini. Međutim, interakcije između čestica simetrične su u odnosu na rotacije i škare. Međutim, nakon što se tekućina kristalizira, nastaje stanje u kojem su obje ove simetrije razbijene.
Dakle, možemo zaključiti da interakcija između čestica u rezultirajućem kristalu uopće nije simetrična. To podrazumijeva niz najvažnijih svojstava kristala - na primjer, te strukture, za razliku od tekućine ili plina, provode električnu struju ili toplinu na različite načine u različitim smjerovima (mogu ga provoditi prema sjeveru, ali ne prema jugu). U fizici se ovo svojstvo naziva anizotropija. Ovu kristalnu anizotropiju ljudi već dugo koriste u raznim industrijama, poput elektronike.
Još jedno zanimljivo svojstvo kristala je da su, kao sustav, uvijek na minimalnoj energetskoj razini. Ono što je najzanimljivije je da je mnogo niži nego na primjer u otopini koja je "rodila" kristal. Može se reći da je za dobivanje tih struktura potrebno „oduzeti“energiju iz početne podloge.
Dakle, tijekom stvaranja kristala, razina energije sustava opada i narušava se početna prostorna simetrija. I ne tako davno, dvojica fizičara iz Sjedinjenih Država, Al Shapir i Frank Wilczek (usput rečeno, nobelovac), pitali su se da li je moguće postojanje takozvanog "četverodimenzionalnog" kristala, gdje bi se simetrično kršenje događalo ne samo u prostoru, već i u vremenu.
Znanstvenici su uz pomoć složenih matematičkih izračuna uspjeli dokazati da je to sasvim moguće. Rezultat je sustav koji, poput pravog kristala, postoji na minimalnoj energetskoj razini. No, najzanimljivije je to da bi zbog formiranja određenih periodičnih struktura, ne u prostoru, nego u vremenu, došlo do asimetričnog konačnog stanja. Autori djela vrlo su svečano nazvali takav sustav - "kristal vremena".
Nakon nekog vremena, skupina eksperimentalnih fizičara pod vodstvom profesora Zhang Xianga sa Sveučilišta u Kaliforniji (SAD) odlučila je stvoriti takav sustav više ne na papiru, već u stvarnosti. Znanstvenici su stvorili oblak berilijskih iona, a zatim ga "zaključali" u kružnom elektromagnetskom polju. Budući da elektrostatičko odbijanje jednako nabijenih iona jedni od drugih uzrokuje njihovu ravnomjernu raspodjelu oko kruga, istraživači su u osnovi dobili plinovit kristal. I premda su karakteristike polja bile nepromijenjene, stanje sustava, u teoriji, nije se smjelo promijeniti.
Promotivni video:
Istodobno, proračuni, a potom i promatranja, pokazali su da ovaj vrlo ionski prsten neće biti nepomičan. Plinoviti kristal neprestano se vrtio, a interakcije iona ponekad su bile simetrične, a zatim ne. Sve je to uočeno čak i kad se kristal ohladio na gotovo apsolutnu nulu. Dakle, ova je struktura doista "kristal vremena": pokazuje svojstva periodičnosti i asimetrije i u prostoru i u vremenu.
Zanimljivo je da je ležerno rotirajući prsten iona, koji je dizajnirala grupa profesora Zhang-a, natjerao mnoge ne-specijaliste da ga povezuju s vječnim strojem za kretanje. Naravno, plinski kristal izgleda kao mobilni perpetum, ali u stvari nije. Uostalom, ovaj sustav ne može raditi ništa, jer su sve njegove komponente na istoj energetskoj razini (štoviše, minimum). A prema drugom zakonu termodinamike, rad je moguć samo u tom sustavu, čiji su sastojci barem na dvije energetske razine.
Istovremeno, to uopće ne znači da se "vremenski kristal" ne može ni na koji način koristiti za praktične potrebe. Profesor Zhang uvjeren je da se, na primjer, na njegovoj osnovi može izgraditi ultra precizni kronometar. Napokon, prijelaz iz simetrije u asimetriju ima izraženu periodičnost. U međuvremenu, profesor i njegove kolege žele detaljnije proučiti svojstva prekrasne građe koju su stvorili …
Anton Evseev
