Cum pot fi utile cristalele de timp pentru tehnologiile viitoare

Pentru a face un cristal spațial, ai nevoie de presiunea imensă a suprafeței Pământului care afectează mineralele și magma. Dar pentru a face un cristal de timp, ai nevoie de ecuații ezoterice și lasere ridicol de precise.

Cel puțin, așa au modelat fizicienii primul cristal de timp autonom într-un laborator anul trecut. Acum, s-au transformat într-un obiect și mai tangibil prin crearea unui cristal de timp din elemente comune care pot rezista la temperatura camerei. Și-au împărtășit designul în jurnal Comunicarea naturii pe 14 februarie.

Dacă vă întrebați ce este un cristal al timpului (în afară de science fiction pulp), majoritatea fizicienilor au avut aceeași întrebare până de curând. Este o formă de materie care nu a fost propusă până în 2012 și nici măcar nu a fost văzută în stadii rudimentare până în 2016.

Pentru a-ți înfășura capul în jurul acestui capitol ciudat al mecanicii cuantice, gândește-te la o structură cristalizată precum o bucată de sare sau un diamant. Atomii din adâncurile acelor obiecte sunt aranjați în modele repetate și previzibile în spațiu. De exemplu, dacă luați un cub de gheață din congelator și măriți cele mai mici solzi, veți vedea atomii de hidrogen și oxigen ai moleculelor de apă formând un mozaic de hexagoane minuscule. (De aceea fulgii de zăpadă tind să fie hexagonali.)

Drept urmare, fizicienii numesc și aceste formațiuni „cristale spațiale”. Dar așa cum cele trei axe ale spațiului formează dimensiuni diferite, și timpul face o dimensiune. Fizicienii au început să se întrebe dacă ar putea găsi un cristal – sau ceva asemănător – ai cărui atomi au format modele repetate în timp.

[Related: What the heck is a time crystal, and why are physicists obsessed with them?]

În ultimii câțiva ani, laboratoarele din întreaga lume au studiat cum ar putea arăta un cristal al timpului. Unii au început cu un cristal spațial ai cărui atomi au fost aranjați într-un fel. Apoi au bâzâit cristalul cu un laser reglat fin pentru a „întoarce” atomii într-o altă stare, l-au încălzit din nou pentru a-l comuta înapoi la primul aranjament, la al doilea și așa mai departe, cu o regularitate precisă. Această configurație condusă de laser este numită în mod special „cristal de timp discret”. (În teorie, există și alte tipuri de cristale de timp.)

În 2016, fizicienii de la Universitatea din Maryland au creat un cristal temporal de bază, dar discret, cu atomi din iterbiul, metalul pământului rar. Alte grupuri au lucrat cu medii exotice, cum ar fi interiorul diamantului sau o stare ondulată a materiei numită condensat Bose-Einstein. Mai recent, în noiembrie 2021, fizicienii de la Universitatea Stanford și Google au anunțat că au creat un cristal de timp într-un computer cuantic.

Dar cristalele timpurii au fost limitate. În primul rând, ele pot exista de obicei doar la temperaturi criogenice abia peste zero absolut și sunt impracticabile pentru majoritatea sistemelor pe care le folosesc oamenii obișnuiți. Parțial din acest motiv, acele cristale de timp au existat în sisteme izolate precum computerele cuantice, departe de „lumea reală”. Mai mult decât atât, nu erau de lungă durată: schimbarea dintre stări s-a oprit după doar câteva milisecunde, aproape ca o jucărie de înfășurare care rămâne fără fir.

Și la fel cum un cristal spațial poate fi mare sau mic în spațiu, în funcție de cât de mult se repetă tiparul, un cristal de timp poate fi lung sau scurt, în funcție de durata fiecărei stări. Cristalele de timp până acum au avut tendința de a fi scurte sau „mici”. Asta a lăsat loc de creștere.

Așadar, acest grup global de fizicieni s-a apucat să creeze un cristal de timp care a ocolit unele dintre aceste probleme pentru, sperăm, să funcționeze în lumea reală. Dispozitivul lor constă dintr-un cristal de aproximativ 2 milimetri diametru, format din atomi de fluor și magneziu. Folosește o pereche de lasere pentru a se deplasa între modele și poate face acest lucru la 70 de grade Fahrenheit (temperatura camerei).

Odată ce echipa și-a terminat de reglat sistemele, ei au descoperit că ar putea crea o varietate de cristale de timp „mai mari” decât cele văzute înainte. „Durata de viață a cristalelor de timp discrete generate în sistemul nostru este, în principiu, infinită”, a declarat Hossein Taheri, inginer electrician la Universitatea din California, Riverside și colaborator la studiu, pentru podcastul „Physics World Weekly”.

„În general, în fizică, oriunde există o cale de schimb de energie între sistem și mediul său, zgomotul se strecoară de asemenea pe aceeași cale”, a spus Taheri pe podcast. Acest lucru poate anula fizica delicată necesară pentru formarea cristalelor de timp, motiv pentru care trebuie să fie limitate prin mijloace atât de impracticabile. Dar Taheri și colaboratorii săi au reușit să ocolească limitele menținând schimbarea de stat cu două lasere.

[Related: The trick to a more powerful computer chip? Going vertical.]

Odată cu realizarea cercetătorilor, cristalele de timp ar putea fi cu un pas mai aproape de existența în afara laboratorului. Dacă ar fi așa, ce aplicații ar avea?

Nimeni nu va pune cristale de timp în mașinile timpului sau în drive-uri warp în curând, dar proprietățile lor precise s-ar putea combina bine cu ceasurile atomice sau cipurile de siliciu pentru dispozitive specializate. Sau, pentru că sunt conduse de lumini laser, ar putea susține conexiuni mai puternice de fibră optică. Alternativ, ar putea ajuta oamenii să înțeleagă mai bine fizica cuantică și stările unice ale materiei.

„Putem folosi dispozitivul nostru pentru a prezice ceea ce putem observa în experimente mult mai complexe”, a declarat Andrey Matsko, inginer la Jet Propulsion Laboratory din Pasadena, California și un alt autori, pentru „Physics World Weekly”.

De fapt, el și echipa sa cred că cristalele de timp ar putea genera un întreg domeniu de studiu cu un nume frumos științifico-fantastic: „timemetronics”.

„Cred că timetronica este după colț”, a spus Krzysztof Sacha, fizician la Universitatea Jagiellonian din Cracovia, Polonia și coautor al cercetării, pe podcast. Așa că, deși sunteți încă departe de a putea ține cristalele timpului, acestea ar putea intra în lumea voastră mai devreme decât v-ați aștepta.

Leave a Comment