Τι είναι οι κρύσταλλοι του χρόνου;

Ένας κρύσταλλος χρόνου είναι ένα επαναλαμβανόμενο μοτίβο στο χρόνο, παρόμοιο με το επαναλαμβανόμενο σχέδιο στο χώρο ενός κανονικού κρυστάλλου. Θεωρητικοποιήθηκαν για πρώτη φορά το 2012 από τον νομπελίστα φυσικό Frank Wilczek. Οι κρύσταλλοι χρόνου είναι μια νέα κατάσταση της ύλης και θα μπορούσαν να έχουν εφαρμογές στην τεχνολογία και στους υπολογιστές.

Ακούγονται σαν κάτι βγαλμένο από ταινία επιστημονικής φαντασίας, σωστά;

Ωστόσο, είτε το πιστεύετε είτε όχι, οι κρύσταλλοι του χρόνου είναι πραγματικότητα. Η ιστορία των κρυστάλλων του χρόνου είναι ένα όμορφο παράδειγμα του πώς συμβαίνει συχνά η πρόοδος όταν συγχωνεύονται διαφορετικοί άξονες σκέψης, συνδυάζοντας ιδέες και θεωρίες, αναθεωρώντας νόμους και θεμελιώδεις αρχές και δεν τις περιορίζουμε στις πρωτόγονες/προηγούμενες αντιλήψεις τους.

(Φωτογραφίες:StarTrek)

Αν σκοπεύετε να συνεχίσετε αυτό το άρθρο, επιτρέψτε μου να ξεκινήσω λέγοντας… Αυτό δεν είναι παραμύθι ή επιστημονική φαντασία. Δεν θα υπάρχει στο τέλος η συνταγή ενός μάγου για μια πύλη που ταξιδεύει στο χρόνο. Αυτό το άρθρο εξετάζει μια μάλλον περίπλοκη και λεπτή κατανόηση της ανθρώπινης διάνοιας και της αριστείας στους τομείς της φυσικής κατανόησης της ύλης.

Αρχικά, θα ρίξουμε μια ματιά στις δύο, πολύ διακριτές μορφές κρυστάλλων. Σε αντίθεση με τους διαχωρισμούς που γίνονται με βάση χημικούς δεσμούς, κρυσταλλικά πλέγματα και διαμορφώσεις, επιλέγουμε να κάνουμε ένα κβάντο διάκριση.

Διαστημικοί κρύσταλλοι

Αυτό είναι απλώς ένα μάλλον επιπόλαιο όνομα για τους "κανονικούς κρυστάλλους".

(Φωτογραφία:Fiona Storey/Wikimedia Commons)

Νιφάδες χιονιού, διαμάντια, ρουμπίνια, οπάλια, νεφρίτης, ζαφείρι, μαργαριτάρια, ακόμη και το ταπεινό κοινό αλάτι είναι όλα παραδείγματα αυτών των κανονικών κρυστάλλων. Μπορεί να έχετε τα ονόματα εκατό ακόμη πολύτιμων λίθων και ημιπολύτιμων πετρωμάτων που μπορείτε να προσθέσετε σε αυτήν τη λίστα. Η φύση είναι ο αυθεντικός και μεγαλύτερος καλλιτέχνης στη Γη, ένας θαυμάσιος δημιουργός περίπλοκων, αλλά υπέροχων οντοτήτων.

(Φωτογραφία:MarinaVladivostok/Wikimedia Commons)

Αυτοί οι κρύσταλλοι μπορεί να είναι ιδιαίτερα ελκυστικοί χάρη στις ημιδιαφανείς αποχρώσεις ή τη λάμψη τους, αλλά η πραγματική τους αξία μπορεί να παρατηρηθεί μόνο μικροσκοπικά. Τα κρυσταλλικά στερεά αποτελούνται από περίπλοκες, γεωμετρικά προσανατολισμένες δομές γειτονικών ατόμων, ιόντων ή μορίων. Πρόκειται για ένα εξαιρετικά διατεταγμένο σύνολο μικροσκοπικών δομών που ονομάζονται κρυσταλλικά πλέγματα. Αυτές οι δομές επαναλαμβάνονται και επεκτείνονται περιοδικά προς όλες τις κατευθύνσεις, παραμένοντας μη σταδιακές από το χρόνο, παραμένοντας έτσι σε μια φάση ισορροπίας, εξ ου και το όνομα.

Κρύσταλλοι χρόνου

Οι κρύσταλλοι χρόνου μπορούν να θεωρηθούν ένα από τα πιο όμορφα πράγματα που έχει τύχει να συναντήσει η φυσική. Αποτελούν μια πύλη σε έναν εντελώς νέο κόσμο φάσεων «μη ισορροπίας» που είναι εντελώς διαφορετικές από οτιδήποτε έχουν μελετήσει οι ερευνητές στο παρελθόν.

Σε αντίθεση με τους κανονικούς κρυστάλλους χώρου/κανονικούς, που έχουν μια κανονική και επαναλαμβανόμενη διάταξη ατόμων ή μορίων στο χώρο, ένας κρύσταλλος χρόνου είναι, όπως θα περίμενε κανείς, μια διάταξη ατόμων ή μορίων που σχηματίζουν ένα κανονικό, επαναλαμβανόμενο σχέδιο στο χρόνο. Θα παραμείνουν σε μια διαμόρφωση για λίγο και μετά θα γυρίσουν σε μια άλλη, εμπρός και πίσω σε έναν ατελείωτο κύκλο.

Τι σημαίνει αυτό;

Οι φυσικοί νόμοι περιστρέφονται γύρω από συμμετρίες. στιγμές δράσης δημιουργούν μια ίση αντίδραση, ανεξάρτητα από το περιβάλλον. Αυτή είναι η θεμελιώδης Νευτώνεια Φυσική, οι θεμελιώδεις νόμοι που διέπουν τον τρόπο με τον οποίο αντιλαμβανόμαστε το σύμπαν.

Οι επιστήμονες αναρωτήθηκαν αν τα μόρια θα μπορούσαν να σπάσουν την παραδοσιακή χρονικά μεταφρασμένη συμμετρία που ρυθμίζει τους νόμους που είναι υπεύθυνοι για τη δημιουργία κρυστάλλων. Οι κανονικοί κρύσταλλοι, όπως ο χαλαζίας και το κοινό αλάτι, είναι τρισδιάστατα διαμορφωμένοι κρύσταλλοι. Τα άτομα/μόρια τους είναι διατεταγμένα σε ένα προβλέψιμο και περιοδικό σύστημα.

Οι κρύσταλλοι χρόνου, από την άλλη πλευρά, είναι διαφορετικοί σε ατομικό επίπεδο. Τα άτομά τους περιστρέφονται περιοδικά, αλλάζοντας κατευθύνσεις καθώς μια παλλόμενη δύναμη τα ανατρέπει, κυριολεκτικά, σαν ένα παλιό ρολόι του παππού.

Ένας αξιοσημείωτος τύπος ύλης

Ένας κρύσταλλος χρόνου μπορεί να θεωρηθεί ως ένα σύνολο κβαντικών σωματιδίων που αλλάζουν συνεχώς και δεν φτάνουν ποτέ σε μια σταθερή κατάσταση. Ένα τέτοιο σύστημα αντλεί σταθερότητα από τυχαίες αλληλεπιδράσεις που συνήθως διαταράσσουν άλλα είδη ύλης.

Οι γνωστοί νόμοι της φυσικής ισχύουν εξίσου και συμμετρικά σε όλα τα σημεία του χώρου και του χρόνου. Ωστόσο, ορισμένα συστήματα παραβιάζουν αυτή τη συμμετρία. Σε έναν μαγνήτη, τα ατομικά σπιν ευθυγραμμίζονται, αντί να δείχνουν διφορούμενα προς όλες τις κατευθύνσεις. Ομοίως, στους ορυκτούς κρυστάλλους, τα άτομα καταλαμβάνουν συγκεκριμένες θέσεις στο χώρο, αλλά μετά από μερικά ελαφρά τραντάγματα, ο κρύσταλλος μπορεί να μην διατηρεί πλέον τη συμμετρία του στο διάστημα. Όταν ένας μετασχηματισμός προκαλεί αλλαγή των δομικών ιδιοτήτων, οι φυσικοί τον αποκαλούν σπάζοντας τη συμμετρία και είναι παντού στον όχι και τόσο τέλειο φυσικό κόσμο μας.

Είναι αρκετά ενδιαφέρον ότι οι κρύσταλλοι χρόνου είναι ιδανικοί υποψήφιοι για συνεχή έρευνα και έχουν περισσότερες δυνατότητες από ό,τι θα μπορούσατε να φανταστείτε!

Προοπτικές εφαρμογών στον πραγματικό κόσμο

Μέχρι τώρα, ίσως αναρωτιέστε πώς μπορεί να μοιάζει ένας κρύσταλλος χρόνου. υπάρχει πράγματι στον χωροχρόνο μας ή είναι απλώς μια υποθετική οντότητα, πολύ υποσχόμενη για να αρνηθεί την ύπαρξή της;

Πρώτα απ 'όλα, το πιο σημαντικό πράγμα που πρέπει να καταλάβουμε σχετικά με τους κρυστάλλους χρόνου είναι ότι υπάρχουν μόνο σε περιορισμένες περιστάσεις, ιδιαίτερα όταν τους δίνεται μια ώθηση, η οποία μπορεί να θέσει σε κίνηση την ταλάντωσή τους.

Μόλις ωθηθούν σε ταλάντωση, φαίνεται ότι οι κρύσταλλοι χρόνου θα αντηχούν επ' αόριστον. Αυτή η κατάσταση σε κρύσταλλο έχει πράγματι επιτευχθεί. Μια ομάδα ερευνητών του Χάρβαρντ παρήγαγε κάποτε έναν κρύσταλλο που έλαμπε ως αποτέλεσμα των περιοδικών ενεργειακών του αντηχήσεων μετά την ενεργοποίησή του. Σύντομα, άρχισε η τριβή και εμπόδισε τις αντηχήσεις χάνοντας ενέργεια με τη μορφή θερμότητας, και αυτό ήταν το τέλος του κρυστάλλου του χρόνου.

(Φωτογραφία :Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας/Wikimedia Commons)

Πιστεύεται ότι η μελέτη αυτών των κρυστάλλων χρόνου και η βαθύτερη κατανόησή τους θα οδηγήσει σε ανακαλύψεις στην ακρίβεια των ατομικών ρολογιών, των γυροσκοπίων και των μαγνητομέτρων, καθώς και στη δημιουργία καλύτερων κβαντικών τεχνολογιών, οι οποίες θα μπορούσαν να ενσωματωθούν στην πρακτική ζωή μας. Αυτό θα μπορούσε να μας επιτρέψει να χρησιμοποιήσουμε σταθερά κβαντικά συστήματα σε πολύ υψηλότερες θερμοκρασίες λειτουργίας από αυτές που έχουμε επιτύχει σήμερα. Αυτή μπορεί να είναι η τελευταία ώθηση που χρειαζόμαστε για να κάνουμε πραγματικότητα την κβαντική υπολογιστική, η οποία είναι τεράστιας σημασίας για την τεχνολογική πρόοδο στον κόσμο μας.

Συμπέρασμα

Αυτή η ανακάλυψη των κρυστάλλων του χρόνου ως απλή και απροσδόκητη ιδέα εγείρει θεμελιώδη ερωτήματα σχετικά με το πώς σχηματίζονται και ποιες φάσεις ύλης μπορεί να καταλαμβάνουν με την πάροδο του χρόνου, ενώ κατοικούν στον παρατηρήσιμο χώρο μας. Το βάθος και ο πλούτος των φάσεων της ύλης σε αυτό το σύμπαν είναι προφανώς ακόμη πιο σημαντικό από ό,τι έχουμε καταλάβει μέχρι τώρα.

Οι κρύσταλλοι του χρόνου έχουν επισημάνει ένα πράγμα χωρίς καμία αμφιβολία. Πρέπει να επανεκτιμήσουμε διεξοδικά ορισμένες υπάρχουσες θεωρίες και κατανοήσεις των φάσεων της ύλης, δηλαδή εκείνες που υπάρχουν πέρα ​​από το παρατηρήσιμο πεδίο μας. Υπάρχουν ορισμένες πιθανές εφαρμογές κρυστάλλων χρόνου που μπορεί να είναι ακόμη πιο επιστημονική φαντασία από ό,τι υποδηλώνουν τα ονόματά τους. Εάν πιστεύετε ότι οι κρύσταλλοι χρόνου δεν είναι παρά μια καλά θεωρημένη υποθετική οντότητα, επιτρέψτε μου να επισημάνω ότι η Κβαντική Φυσική είναι εξίσου σχετική με τη Νευτώνεια Φυσική, παρόλο που η αντίληψη αντικειμένων σε κβαντικό επίπεδο είναι αναμφισβήτητα πιο δύσκολη!