Grupė amerikiečių fizikų sugebėjo sukonstruoti vadinamąjį „laiko kristalą“- struktūrą, kurios galimybė buvo prognozuojama jau seniai. Kristalo ypatybė yra galimybė periodiškai tapti asimetriška ne tik erdvėje, bet ir laike. Todėl jį galima panaudoti ypač tiksliam chronometrui sudaryti.
Kristalai paprastai yra labai paradoksalūs dariniai. Paimkime, pavyzdžiui, jų santykį su simetrija: kaip žinome, pats kristalas, vertinant pagal jo išvaizdą, gali būti laikomas tiesiog erdvinės simetrijos modeliu. Tačiau kristalizacijos procesas yra ne kas kita, kaip kenkėjiškas jo pažeidimas.
- „Salik.biz“
Tai labai gerai iliustruoja kristalų susidarymo tirpale pavyzdys, pavyzdžiui, kai kurios druskos. Jei mes analizuosime šį procesą nuo pat pradžių, bus matyti, kad pačiame tirpale dalelės yra išdėstytos chaotiškai, o visa sistema yra mažiausiu energijos lygiu. Tačiau dalelių sąveika yra simetriška sukimosi ir žirklių atžvilgiu. Tačiau po to, kai skystis kristalizuojasi, atsiranda būklė, kai abi šios simetrijos yra sulaužytos.
Taigi galime daryti išvadą, kad susidarančio kristalo dalelių sąveika išvis nėra simetriška. Tai reiškia keletą svarbiausių kristalų savybių - pavyzdžiui, šios struktūros, skirtingai nei skystis ar dujos, elektros srovę ar šilumą skirtingai veda skirtingomis kryptimis (jos gali jas nukreipti į šiaurę, bet ne į pietus). Fizikoje ši savybė vadinama anizotropija. Ši kristalinė anizotropija jau seniai naudojama žmonėms įvairiose pramonės šakose, tokiose kaip elektronika.
Kita įdomi kristalų savybė yra ta, kad ji, kaip sistema, visada yra minimaliame energijos lygyje. Labiausiai keista, kad jis yra daug žemesnis nei, pavyzdžiui, tirpale, kuris „pagimdė“kristalą. Galima sakyti, kad norint gauti šias struktūras, reikia „atimti“energiją iš pradinio substrato.
Taigi, formuojant kristalą, sistemos energijos lygis mažėja ir pradinė erdvinė simetrija nutrūksta. Ir ne taip seniai du fizikai iš JAV, Al Shapir ir Frank Wilczek (beje, Nobelio premijos laureatas), pasidomėjo, ar įmanoma vadinamąjį „keturių dimensijų“kristalą, kuriame simetrijos lūžis įvyktų ne tik erdvėje, bet ir laike, egzistuoti.
Atlikdami sudėtingus matematinius skaičiavimus, mokslininkai sugebėjo įrodyti, kad tai visiškai įmanoma. Rezultatas yra sistema, egzistuojanti kaip tikras kristalas, esant minimaliam energijos lygiui. Bet įdomiausia yra tai, kad susidarius tam tikroms periodinėms struktūroms ne erdvėje, o laike, ji patektų į asimetrinę galutinę būseną. Kūrinio autoriai tokią sistemą pavadino labai iškilmingai - „laiko krištolu“.
Po kurio laiko eksperimentinių fizikų grupė, vadovaujama profesoriaus Zhang Xiang iš Kalifornijos universiteto (JAV), nusprendė sukurti tokią sistemą nebe popieriuje, o realybėje. Mokslininkai sukūrė berilio jonų debesį, o paskui jį „užfiksavo“apskritime esančiame elektromagnetiniame lauke. Kadangi vienodai įkrautų jonų elektrostatinis atstūmimas vienas nuo kito sukelia jų tolygų pasiskirstymą apskritime, tyrėjai iš esmės gavo dujinį kristalą. Ir nors lauko charakteristikos nesikeitė, teoriškai sistemos būsena taip pat neturėjo pasikeisti.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Tuo pat metu skaičiavimai ir stebėjimai parodė, kad šis labai joninis žiedas nebus nejudrus. Dujinis kristalas nuolat sukosi, o jonų sąveika kartais būdavo simetriška, tada ne. Visa tai buvo pastebėta net tada, kai kristalas buvo atvėsęs iki beveik absoliutaus nulio. Taigi, ši struktūra iš tikrųjų yra „laiko kristalas“: ji turi periodiškumo ir asimetrijos savybes tiek erdvėje, tiek laike.
Smalsu, kad laisvalaikiu besisukantis jonų žiedas, suprojektuotas profesoriaus Zhang grupės, privertė daugelį nespecialistų susieti jį su amžinuoju judesio aparatu. Be abejo, dujų kristalas atrodo kaip mobilus perpetum, bet iš tikrųjų taip nėra. Galų gale, ši sistema negali atlikti jokio darbo, nes visi jos komponentai yra to paties energijos lygio (be to, minimalūs). Ir pagal antrąjį termodinamikos dėsnį darbas yra įmanomas tik toje sistemoje, kurios komponentai yra bent dviem energijos lygiais.
Kartu tai visiškai nereiškia, kad „laiko krištolo“jokiu būdu negalima naudoti praktiniams poreikiams tenkinti. Profesorius Zhang įsitikinęs, kad, pavyzdžiui, jo pagrindu gali būti pagamintas ypač tikslus chronometras. Galų gale, perėjimas iš simetrijos į asimetriją turi ryškų periodiškumą. Tuo tarpu profesorius ir jo kolegos nori atlikti išsamesnį jų sukurtos nuostabios struktūros savybių tyrimą …
Antonas Evsejevas