En gruppe amerikanske fysikere var i stand til at konstruere den såkaldte "tids krystal" - en struktur, hvis mulighed for længe var forudsagt. Et træk ved krystallen er evnen til periodisk at blive asymmetrisk ikke kun i rummet, men også i tiden. Derfor kan det bruges til at fremstille et ultra-præcist kronometer.
Krystaller er generelt meget paradoksale formationer. Tag for eksempel deres forhold til symmetri: som vi ved kan en krystal i sig selv, bedømt efter dens udseende, betragtes som en model for rumlig symmetri. Krystallisationsprocessen er imidlertid intet andet end dens ondsindede krænkelse.
Dette illustreres meget godt ved eksemplet med dannelse af krystaller i opløsning, for eksempel nogle salte. Hvis vi analyserer denne proces helt fra begyndelsen, vil det ses, at i selve opløsningen er partiklerne placeret kaotisk, og hele systemet er på et minimalt energiniveau. Interaktioner mellem partikler er imidlertid symmetriske med hensyn til rotationer og sax. Efter at væsken er krystalliseret opstår der imidlertid en tilstand, hvor begge disse symmetrier brydes.
Således kan vi konkludere, at interaktionen mellem partikler i den resulterende krystal slet ikke er symmetrisk. Dette indebærer en række af de vigtigste egenskaber ved krystaller - for eksempel fører disse strukturer i modsætning til væske eller gas elektrisk strøm eller varme på forskellige måder i forskellige retninger (de kan lede den mod nord, men ikke mod syd). I fysik kaldes denne egenskab anisotropi. Denne krystallinske anisotropi er længe blevet brugt af mennesker i forskellige brancher, såsom elektronik.
En anden interessant egenskab ved krystaller er, at det som et system altid er på det minimale energiniveau. Det, der er mest nysgerrig, er, at det er meget lavere end for eksempel i løsningen, der "fødte" krystallen. Det kan siges, at for at opnå disse strukturer er det nødvendigt at "fjerne" energi fra det oprindelige underlag.
Under dannelsen af en krystal falder systemets energiniveau, og den indledende rumlige symmetri brydes. Og for ikke så længe siden spekulerede to fysikere fra De Forenede Stater, Al Shapir og Frank Wilczek (forresten, en nobelprisvinder), om eksistensen af en såkaldt "firdimensionel" krystal var mulig, hvor symmetribrud ikke kun ville ske i rummet, men også i tiden.
Ved hjælp af komplekse matematiske beregninger kunne forskere bevise, at dette er meget muligt. Resultatet er et system, der findes, ligesom en ægte krystal, på et minimum energiniveau. Men det mest interessante er, at det på grund af dannelsen af bestemte periodiske strukturer, ikke i rummet, men med tiden, kommer til en asymmetrisk sluttilstand. Forfatterne af værket kaldte et sådant system meget højtideligt - "tidens krystal".
Efter et stykke tid besluttede en gruppe eksperimentelle fysikere ledet af professor Zhang Xiang fra University of California (USA) at skabe et sådant system ikke længere på papiret, men i virkeligheden. Forskere har skabt en sky af berylliumioner og derefter "låst" den i et cirkulært elektromagnetisk felt. Da den elektrostatiske frastødning af lige ladede ioner fra hinanden får dem til at blive fordelt jævnt rundt om cirklen, fik forskerne i det væsentlige en gasformig krystal. Og selvom markens egenskaber var uændrede, burde systemets tilstand i teorien heller ikke have ændret sig.
Salgsfremmende video:
På samme tid viste beregninger og derefter observationer, at denne meget ioniske ring ikke vil være bevægelig. Den gasformige krystal roterede konstant, og ionernes interaktion var undertiden symmetrisk, så ikke. Alt dette blev observeret, selv når krystallen blev afkølet til næsten absolut nul. Således er denne struktur faktisk en "krystal af tid": den udviser egenskaberne ved periodicitet og asymmetri både i rummet og i tiden.
Det er underligt, at den afslappende roterende ionerring, designet af professor Zhangs gruppe, fik mange ikke-specialister til at forbinde den med en evig bevægelsesmaskine. Selvfølgelig ser en gaskrystall ud som en evig mobil, men faktisk er den ikke det. Når alt kommer til alt kan dette system ikke udføre noget arbejde, da alle dets komponenter er på samme energiniveau (desuden minimum). Og ifølge termodynamikens anden lov er arbejde kun muligt i dette system, hvis komponenter er mindst på to energiniveauer.
Samtidig betyder det slet ikke, at "tidskrystallen" ikke kan bruges på nogen måde til praktiske behov. Professor Zhang er overbevist om, at for eksempel et ultra-nøjagtigt kronometer kan konstrueres på grundlag heraf. Når alt kommer til alt har overgangen fra symmetri til asymmetri en markant periodicitet. I mellemtiden ønsker professoren og hans kolleger at foretage en mere detaljeret undersøgelse af egenskaberne ved den vidunderlige struktur, de skabte …
Anton Evseev
