Skupina ameriških fizikov je bila sposobna sestaviti tako imenovani "kristal časa" - strukturo, katere možnost je bila predvidena že zdavnaj. Značilnost kristala je sposobnost, da občasno postane asimetrična ne samo v prostoru, temveč tudi v času. Zato ga lahko uporabimo za izdelavo ultra natančnega kronometra.
Kristali so na splošno zelo paradoksalne tvorbe. Vzemimo za primer njihovo povezanost s simetrijo: kot vemo, lahko sam kristal, sodeč po njegovem videzu, velja za preprosto model prostorske simetrije. Vendar postopek kristalizacije ni nič drugega kot zlonamerna kršitev.
To zelo dobro ponazarja primer tvorbe kristalov v raztopini, na primer nekaterih soli. Če analiziramo ta postopek od samega začetka, bomo videli, da so delci v sami raztopini kaotično razporejeni, celoten sistem pa na minimalni energijski ravni. Vendar so medsebojni vplivi med delci simetrični glede na rotacije in striženje. Ko pa se tekočina izkristalizira, nastane stanje, v katerem sta obe simetriji porušeni.
Tako lahko sklepamo, da interakcija med delci v nastalem kristalu sploh ni simetrična. To pomeni številne najpomembnejše lastnosti kristalov - na primer te strukture, za razliko od tekočine ali plina, vodijo električni tok ali toploto na različne načine v različne smeri (lahko ga izvajajo proti severu, ne pa proti jugu). V fiziki se ta lastnost imenuje anizotropija. To kristalno anizotropijo ljudje že dolgo uporabljajo v različnih panogah, na primer v elektroniki.
Druga zanimiva lastnost kristalov je, da so kot sistem vedno na minimalni energijski ravni. Najbolj radovedno je, da je veliko nižji kot na primer v raztopini, ki je "rodila" kristal. Lahko rečemo, da je za pridobitev teh struktur potrebno "odvzeti" energijo iz začetne podlage.
Torej med nastajanjem kristala se raven energije sistema zniža in se poruši začetna prostorska simetrija. In ne tako dolgo nazaj, sta se dva fizika iz ZDA, Al Shapir in Frank Wilczek (mimogrede, nobelov nagrajenec), spraševala, ali je mogoč obstoj tako imenovanega "štiridimenzionalnega" kristala, kjer bi se simetrija lomila ne le v vesolju, ampak tudi v času.
Znanstveniki so s pomočjo zapletenih matematičnih izračunov lahko dokazali, da je to povsem mogoče. Rezultat je sistem, ki kot pravi kristal obstaja na minimalni energijski ravni. Najbolj zanimivo pa je, da bi zaradi oblikovanja določenih periodičnih struktur, ne v vesolju, ampak v času, prišlo do asimetričnega končnega stanja. Avtorji dela so takšen sistem zelo slovesno poimenovali - "kristal časa".
Čez nekaj časa se je skupina eksperimentalnih fizikov pod vodstvom profesorja Zhang Xianga z kalifornijske univerze (ZDA) odločila, da tak sistem ne bo več ustvaril na papirju, ampak v resnici. Znanstveniki so ustvarili oblak berilijevih ionov in ga nato "zaklenili" v krožno elektromagnetno polje. Ker elektrostatično odganjanje enako napolnjenih ionov drug od drugega povzroči, da se enakomerno porazdelijo okoli kroga, so raziskovalci v bistvu dobili plinasti kristal. In čeprav so bile značilnosti polja nespremenjene, se stanje sistema v teoriji tudi ne bi smelo spremeniti.
Promocijski video:
Hkrati so izračuni in nato opažanja pokazala, da ta zelo ionski obroč ne bo brez gibanja. Plinasti kristal se je neprestano vrtel, interakcije ionov pa so bile včasih simetrične, potem pa ne. Vse to smo opazili tudi, ko smo kristal ohladili na skoraj absolutno ničlo. Tako je ta struktura res "kristal časa": izkazuje lastnosti periodičnosti in asimetrije tako v prostoru kot v času.
Zanimivo je, da je ležerno vrteč se ionski obroč, ki ga je zasnovala skupina profesorja Zhang-a, povzročil, da so ga mnogi nestrokovnjaki povezali s strojem za večno gibanje. Seveda je plinski kristal videti kot perpetum mobile, a v resnici ni. Konec koncev ta sistem ne more narediti nobenega dela, saj so vse njegove komponente na isti ravni energije (poleg tega minimalne). Po drugem zakonu termodinamike je delo mogoče le v tistem sistemu, katerega sestavni deli so vsaj na dveh energijskih nivojih.
To hkrati sploh ne pomeni, da "časovnega kristala" nikakor ne moremo uporabiti za praktične potrebe. Profesor Zhang je prepričan, da je na primer na njegovi osnovi mogoče izdelati ultra natančen kronometer. Konec koncev ima prehod iz simetrije v asimetrijo izrazito periodičnost. Medtem si profesor in njegovi sodelavci želijo podrobneje raziskati lastnosti čudovite strukture, ki so jo ustvarili …
Anton Evšejev
