Un gruppo di fisici americani è stato in grado di costruire il cosiddetto "cristallo del tempo" - una struttura la cui possibilità era stata prevista molto tempo fa. Una caratteristica del cristallo è la capacità di diventare periodicamente asimmetrica non solo nello spazio, ma anche nel tempo. Pertanto, può essere utilizzato per realizzare un cronometro ultra preciso.
I cristalli sono generalmente formazioni molto paradossali. Prendiamo ad esempio la loro relazione con la simmetria: come sappiamo, un cristallo stesso, a giudicare dal suo aspetto, può essere considerato semplicemente un modello di simmetria spaziale. Tuttavia, il processo di cristallizzazione non è altro che la sua violazione dannosa.
Ciò è molto ben illustrato dall'esempio della formazione di cristalli in soluzione, ad esempio alcuni sali. Se analizziamo questo processo fin dall'inizio, si vedrà che nella soluzione stessa le particelle sono disposte in modo caotico e l'intero sistema è a un livello di energia minimo. Tuttavia, le interazioni tra le particelle sono simmetriche rispetto alle rotazioni e alle cesoie. Tuttavia, dopo che il liquido si è cristallizzato, si verifica uno stato in cui entrambe queste simmetrie vengono interrotte.
Quindi, possiamo concludere che l'interazione tra le particelle nel cristallo risultante non è affatto simmetrica. Ciò implica una serie delle proprietà più importanti dei cristalli: ad esempio, queste strutture, a differenza del liquido o del gas, conducono corrente elettrica o calore in modi diversi in direzioni diverse (possono condurla a nord, ma non a sud). In fisica, questa proprietà è chiamata anisotropia. Questa anisotropia cristallina è stata a lungo utilizzata dagli esseri umani in vari settori, come l'elettronica.
Un'altra proprietà interessante dei cristalli è che, come sistema, è sempre al livello minimo di energia. La cosa più curiosa è che è molto più bassa rispetto, ad esempio, alla soluzione che "ha dato vita" al cristallo. Si può dire che per ottenere queste strutture è necessario "togliere" energia al substrato iniziale.
Quindi, durante la formazione di un cristallo, il livello di energia del sistema diminuisce e la simmetria spaziale iniziale viene interrotta. E non molto tempo fa, due fisici degli Stati Uniti, Al Shapir e Frank Wilczek (a proposito, un premio Nobel), si chiedevano se l'esistenza di un cosiddetto cristallo "quadridimensionale", dove la rottura della simmetria si sarebbe verificata non solo nello spazio, ma anche nel tempo, fosse possibile.
Con l'aiuto di complessi calcoli matematici, gli scienziati sono stati in grado di dimostrare che questo è del tutto possibile. Il risultato è un sistema che esiste, come un vero cristallo, a un livello di energia minimo. Ma la cosa più interessante è che a causa della formazione di alcune strutture periodiche, non nello spazio, ma nel tempo, si arriverebbe a uno stato finale asimmetrico. Gli autori dell'opera hanno chiamato un tale sistema molto solennemente - "il cristallo del tempo".
Dopo un po ', un gruppo di fisici sperimentali guidati dal professor Zhang Xiang dell'Università della California (USA) ha deciso di creare un tale sistema non più sulla carta, ma nella realtà. Gli scienziati hanno creato una nuvola di ioni berillio e poi "bloccata" in un campo elettromagnetico circolare. Poiché la repulsione elettrostatica di ioni ugualmente carichi l'uno dall'altro fa sì che vengano distribuiti uniformemente attorno al cerchio, i ricercatori hanno essenzialmente ottenuto un cristallo gassoso. E mentre le caratteristiche del campo erano invariate, lo stato del sistema, in teoria, non avrebbe dovuto cambiare neanche.
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Allo stesso tempo, i calcoli e poi le osservazioni hanno mostrato che questo anello molto ionico non sarà immobile. Il cristallo gassoso ruotava costantemente e le interazioni degli ioni a volte erano simmetriche, quindi no. Tutto questo è stato osservato anche quando il cristallo è stato raffreddato quasi allo zero assoluto. Quindi, questa struttura è davvero un "cristallo del tempo": mostra le proprietà di periodicità e asimmetria sia nello spazio che nel tempo.
È curioso che il piacevole anello rotante di ioni, progettato dal gruppo del professor Zhang, abbia indotto molti non specialisti ad associarlo a una macchina a moto perpetuo. Certo, un cristallo di gas sembra un cellulare perpetuo, ma in realtà non lo è. Dopotutto, questo sistema non può fare alcun lavoro, poiché tutti i suoi componenti sono allo stesso livello di energia (inoltre, il minimo). E secondo la seconda legge della termodinamica, il lavoro è possibile solo in quel sistema, i cui componenti sono almeno a due livelli energetici.
Allo stesso tempo, ciò non significa affatto che il "cristallo del tempo" non possa essere utilizzato in alcun modo per esigenze pratiche. Il professor Zhang è convinto che, ad esempio, si possa costruire un cronometro ultra preciso sulla base. Dopotutto, il passaggio dalla simmetria all'asimmetria ha una periodicità pronunciata. Nel frattempo, il professore ei suoi colleghi vogliono fare uno studio più approfondito delle proprietà della meravigliosa struttura che hanno creato …
Anton Evseev
