Un grupo de físicos estadounidenses pudo construir el llamado "cristal del tiempo", una estructura cuya posibilidad se predijo hace mucho tiempo. Una característica del cristal es la capacidad de volverse asimétrico periódicamente no solo en el espacio, sino también en el tiempo. Por lo tanto, se puede utilizar para hacer un cronómetro ultrapreciso.
Los cristales son generalmente formaciones muy paradójicas. Tomemos, por ejemplo, su relación con la simetría: como sabemos, un cristal en sí, a juzgar por su apariencia, puede considerarse simplemente un modelo de simetría espacial. Sin embargo, el proceso de cristalización no es más que una violación maliciosa.
Esto se ilustra muy bien con el ejemplo de la formación de cristales en solución, por ejemplo, algunas sales. Si analizamos este proceso desde el principio, se verá que en la propia solución, las partículas se ubican de forma caótica, y todo el sistema se encuentra en un nivel mínimo de energía. Sin embargo, las interacciones entre partículas son simétricas con respecto a rotaciones y cizalladuras. Sin embargo, después de que el líquido se ha cristalizado, surge un estado en el que ambas simetrías se rompen.
Por tanto, podemos concluir que la interacción entre las partículas del cristal resultante no es simétrica en absoluto. Esto implica varias de las propiedades más importantes de los cristales; por ejemplo, estas estructuras, a diferencia del líquido o el gas, conducen la corriente eléctrica o el calor de diferentes maneras en diferentes direcciones (pueden conducirlo hacia el norte, pero no hacia el sur). En física, esta propiedad se llama anisotropía. Esta anisotropía cristalina ha sido utilizada durante mucho tiempo por humanos en diversas industrias, como la electrónica.
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Otra propiedad interesante de los cristales es que, como sistema, siempre se encuentra en el nivel mínimo de energía. Lo más curioso es que es mucho menor que, por ejemplo, en la solución que "dio a luz" al cristal. Se puede decir que para obtener estas estructuras es necesario "quitar" energía del sustrato inicial.
Entonces, durante la formación de un cristal, el nivel de energía del sistema disminuye y se rompe la simetría espacial inicial. Y no hace mucho, dos físicos de Estados Unidos, Al Shapir y Frank Wilczek (por cierto, un premio Nobel), se preguntaban si era posible la existencia de un cristal llamado "tetradimensional", donde la ruptura de la simetría ocurriría no solo en el espacio, sino también en el tiempo.
Con la ayuda de complejos cálculos matemáticos, los científicos pudieron demostrar que esto es bastante posible. El resultado es un sistema que existe, como un cristal real, a un nivel mínimo de energía. Pero lo más interesante es que debido a la formación de ciertas estructuras periódicas, no en el espacio, sino en el tiempo, llegaría a un estado final asimétrico. Los autores del trabajo llamaron a tal sistema muy solemnemente: "el cristal del tiempo".
Después de un tiempo, un grupo de físicos experimentales dirigido por el profesor Zhang Xiang de la Universidad de California (EE. UU.) Decidió crear un sistema de este tipo ya no en papel, sino en la realidad. Los científicos han creado una nube de iones de berilio y luego la han "encerrado" en un campo electromagnético circular. Dado que la repulsión electrostática de iones igualmente cargados entre sí hace que se distribuyan uniformemente alrededor del círculo, los investigadores esencialmente obtuvieron un cristal gaseoso. Y aunque las características del campo no cambiaron, el estado del sistema, en teoría, tampoco debería haber cambiado.
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Al mismo tiempo, los cálculos y luego las observaciones mostraron que este mismo anillo iónico no estará inmóvil. El cristal gaseoso giraba constantemente y las interacciones de los iones eran a veces simétricas y luego no. Todo esto se observó incluso cuando el cristal se enfrió hasta casi el cero absoluto. Así, esta estructura es de hecho un "cristal de tiempo": exhibe las propiedades de periodicidad y asimetría tanto en el espacio como en el tiempo.
Es curioso que el anillo de iones que gira tranquilamente, diseñado por el grupo del profesor Zhang, provocó que muchos no especialistas lo asociaran con una máquina de movimiento perpetuo. Por supuesto, un cristal de gas parece un móvil perpetum, pero en realidad no lo es. Después de todo, este sistema no puede hacer ningún trabajo, ya que todos sus componentes están al mismo nivel de energía (además, el mínimo). Y de acuerdo con la segunda ley de la termodinámica, el trabajo solo es posible en ese sistema, cuyos componentes se encuentran al menos en dos niveles de energía.
Al mismo tiempo, esto no significa en absoluto que el "cristal de tiempo" no pueda utilizarse de ninguna manera para necesidades prácticas. El profesor Zhang está convencido de que, por ejemplo, se puede construir un cronómetro ultrapreciso sobre su base. Después de todo, la transición de la simetría a la asimetría tiene una periodicidad pronunciada. Mientras tanto, el profesor y sus colegas quieren hacer un estudio más detallado de las propiedades de la maravillosa estructura que crearon …
Anton Evseev
