Skupina amerických fyzikov bola schopná zostaviť tzv. „Kryštál času“- štruktúru, ktorej možnosť sa predvídala už dávno. Charakteristickým rysom kryštálu je schopnosť periodicky sa stávať asymetrickými nielen v priestore, ale aj v čase. Preto sa dá použiť na vytvorenie ultrapresného chronometra.
Kryštály sú vo všeobecnosti veľmi paradoxné formácie. Vezmime si napríklad ich vzťah k symetrii: ako vieme, samotný kryštál, ktorý sa posudzuje podľa jeho vzhľadu, sa dá považovať iba za model priestorovej symetrie. Proces kryštalizácie však nie je ničím iným ako jeho zlomyslným porušením.
To je veľmi dobre ilustrované príkladom tvorby kryštálov v roztoku, napríklad niektorých solí. Ak tento proces analyzujeme od úplného začiatku, bude zrejmé, že v samotnom riešení sú častice usporiadané chaoticky a celý systém je na minimálnej energetickej úrovni. Interakcie medzi časticami sú však symetrické z hľadiska rotácie a strihu. Avšak po kryštalizácii kvapaliny vznikne stav, v ktorom sú obe tieto symetrie rozbité.
Môžeme teda konštatovať, že interakcia medzi časticami vo výslednom kryštáli nie je vôbec symetrická. Z toho vyplýva niekoľko najdôležitejších vlastností kryštálov - napríklad tieto štruktúry, na rozdiel od kvapaliny alebo plynu, vedú elektrický prúd alebo teplo rôznymi spôsobmi v rôznych smeroch (môžu ho viesť na sever, ale nie na juh). Vo fyzike sa táto vlastnosť nazýva anizotropia. Túto kryštalickú anizotropiu ľudia už dlho používajú v rôznych priemyselných odvetviach, napríklad v elektronike.
Ďalšou zaujímavou vlastnosťou kryštálov je to, že ako systém je vždy na minimálnej energetickej úrovni. Najzaujímavejšie je, že je oveľa nižšia ako napríklad v riešení, ktoré „kryštál porodilo“. Dá sa povedať, že na získanie týchto štruktúr je potrebné "odobrať" energiu z pôvodného substrátu.
Takže počas tvorby kryštálu sa energetická úroveň systému znižuje a počiatočná priestorová symetria je porušená. A nie je to tak dávno, dvaja fyzici zo Spojených štátov, Al Shapir a Frank Wilczek (mimochodom, laureát Nobelovej ceny), sa pýtali, či je možná existencia takzvaného „štvordimenzionálneho“kryštálu, v ktorom by k symetrickému zlomu mohlo dôjsť nielen v priestore, ale aj v čase.
Vedci dokázali pomocou zložitých matematických výpočtov dokázať, že je to celkom možné. Výsledkom je systém, ktorý existuje, ako skutočný kryštál, na minimálnej energetickej úrovni. Najzaujímavejšie je však to, že v dôsledku formovania určitých periodických štruktúr, nie v priestore, ale v čase, by sa dostal do asymetrického konečného stavu. Autori práce nazvali taký systém veľmi slávnostne - „krištáľ času“.
Po nejakom čase sa skupina experimentálnych fyzikov pod vedením profesora Zhang Xianga z Kalifornskej univerzity (USA) rozhodla vytvoriť taký systém, ktorý už nebude fungovať na papieri, ale v skutočnosti. Vedci vytvorili oblak iónov berýlia a potom ho „zamkli“v kruhovom elektromagnetickom poli. Pretože elektrostatické odpudzovanie rovnako nabitých iónov od seba spôsobuje rovnomerné rozdelenie okolo kruhu, vedci v skutočnosti dostali plynný kryštál. A hoci sa vlastnosti poľa nezmenili, teoreticky sa nemal meniť ani stav systému.
Propagačné video:
Výpočty a potom pozorovania zároveň ukázali, že tento iónový kruh nebude nehybný. Plynný kryštál sa neustále otáčal a interakcie iónov boli niekedy symetrické, potom nie. To všetko sa pozorovalo, aj keď sa kryštál ochladil na takmer absolútnu nulu. Táto štruktúra je teda skutočne „krištálom času“: vykazuje vlastnosti periodicity a asymetrie tak v priestore, ako aj v čase.
Je zvláštne, že pokojne rotujúci kruh iónov, ktorý navrhla skupina profesora Zhanga, spôsobil, že mnoho nešpecialistov ho spojilo s strojom na večný pohyb. Samozrejme, plynový kryštál vyzerá ako mobil perpetum, ale v skutočnosti to tak nie je. Nakoniec, tento systém nemôže robiť žiadnu prácu, pretože všetky jeho komponenty sú na rovnakej úrovni energie (navyše minimum). Podľa druhého termodynamického zákona je práca možná iba v tomto systéme, ktorého komponenty sú najmenej na dvoch úrovniach energie.
Zároveň to vôbec neznamená, že „časový kryštál“nemožno v žiadnom prípade použiť na praktické účely. Profesor Zhang je presvedčený, že na jeho základe je možné napríklad skonštruovať ultrapresný chronometer. Napokon, prechod zo symetrie na asymetriu má výraznú periodicitu. Medzitým chcú profesor a jeho kolegovia urobiť podrobnejšiu štúdiu vlastností úžasnej štruktúry, ktorú vytvorili …
Anton Evseev