Skupina amerických fyziků dokázala vytvořit takzvaný „krystal času“- strukturu, jejíž možnost byla předpovídána už dávno. Charakteristickým rysem krystalu je schopnost periodicky se stávat asymetrickými nejen v prostoru, ale také v čase. Proto jej lze použít k vytvoření ultra přesného chronometru.
Krystaly jsou obecně velmi paradoxní formace. Vezměme si například jejich vztah k symetrii: jak víme, samotný krystal, soudě podle jeho vzhledu, lze považovat za pouhý model prostorové symetrie. Proces krystalizace však není ničím jiným než jeho škodlivým porušením.
To je velmi dobře ilustrováno na příkladu tvorby krystalů v roztoku, například některých solí. Pokud tento proces analyzujeme od samého začátku, bude vidět, že v samotném řešení jsou částice chaoticky uspořádány a celý systém je na minimální energetické úrovni. Interakce mezi částicemi jsou však symetrické s ohledem na rotace a stříhání. Avšak poté, co kapalina krystalizuje, vzniká stav, ve kterém jsou obě tyto symetrie rozbité.
Můžeme tedy dojít k závěru, že interakce mezi částicemi ve výsledném krystalu není vůbec symetrická. Z toho vyplývá řada nejdůležitějších vlastností krystalů - například tyto struktury, na rozdíl od kapaliny nebo plynu, vedou elektrický proud nebo teplo různými způsoby v různých směrech (mohou je vést na sever, ale ne na jih). Ve fyzice se tato vlastnost nazývá anisotropie. Tuto krystalickou anizotropii lidé již dlouho používají v různých průmyslových odvětvích, jako je elektronika.
Další zajímavou vlastností krystalů je to, že jako systém je vždy na minimální energetické úrovni. Nejzajímavější je, že je mnohem nižší, než je tomu například u řešení, které „krystalu“porodilo. Lze říci, že za účelem získání těchto struktur je nutné "odebrat" energii z původního substrátu.
Během vytváření krystalu se tedy snižuje energetická úroveň systému a narušuje se počáteční prostorová symetrie. A není to tak dávno, dva fyzici ze Spojených států, Al Shapir a Frank Wilczek (mimochodem, laureát Nobelovy ceny), přemýšleli, zda existuje existence takzvaného „čtyřrozměrného“krystalu, kde by k symetrickému zlomu mohlo dojít nejen v prostoru, ale také v čase.
Vědci dokázali pomocí složitých matematických výpočtů dokázat, že je to docela možné. Výsledkem je systém, který existuje, jako skutečný krystal, na minimální energetické úrovni. Nejzajímavější je však to, že díky tvorbě určitých periodických struktur, nikoli v prostoru, ale v čase, by se dostal do asymetrického konečného stavu. Autoři práce nazvali takový systém velmi slavnostně - „krystal času“.
Po chvíli se skupina experimentálních fyziků vedená profesorem Zhang Xiangem z Kalifornské univerzity (USA) rozhodla vytvořit takový systém již na papíře, ale ve skutečnosti. Vědci vytvořili oblak beryliových iontů a pak je „zamkli“v kruhovém elektromagnetickém poli. Protože elektrostatické odpuzování stejně nabitých iontů od sebe navzájem způsobuje jejich rovnoměrné rozložení kolem kruhu, vědci v podstatě dostali plynný krystal. A zatímco charakteristiky pole se nezměnily, nemělo se teoreticky změnit ani stav systému.
Propagační video:
Výpočty a poté pozorování současně ukázaly, že tento iontový kruh nebude nehybný. Plynný krystal neustále rotoval a interakce iontů byly někdy symetrické, pak ne. To vše bylo pozorováno, i když byl krystal ochlazen na téměř absolutní nulu. Tato struktura je tedy skutečně „krystalem času“: vykazuje vlastnosti periodicity a asymetrie jak v prostoru, tak v čase.
Je zvláštní, že neuspořádaný rotující kruh iontů, navržený skupinou profesora Zhanga, způsobil mnoho nespecialistů, aby jej spojili s věčným pohybovým strojem. Krystal plynu samozřejmě vypadá jako mobilní perpetum, ale ve skutečnosti tomu tak není. Koneckonců, tento systém nemůže dělat žádnou práci, protože všechny jeho komponenty jsou na stejné energetické úrovni (navíc minimum). A podle druhého termodynamického zákona je práce možná pouze v tomto systému, jehož složky jsou alespoň na dvou energetických úrovních.
Zároveň to vůbec neznamená, že „časový krystal“nelze v žádném případě použít pro praktické potřeby. Profesor Zhang je přesvědčen, že na jeho základě lze například vytvořit ultra přesný chronometr. Přechod ze symetrie na asymetrii má koneckonců výraznou periodicitu. Mezitím se profesor a jeho kolegové chtějí podrobněji zabývat vlastnostmi úžasné struktury, kterou vytvořili …
Anton Evseev