Časové krystaly – zcela nový stav hmoty nezávislý na známých pevných látkách

Článek odjinud: Časové krystaly: nová forma hmoty, která může všechno změnit!

Článek Dr. Amira Val Baker, astrofyzik, vědecký pracovník nadace Resonance Science Foundation
Ze všech sci-fi znějících jmen, která se v posledních letech dočkala uskutečnění, snad ani jedno není tak záhadné nebo zdánlivě fiktivní jako časové krystaly. Název evokuje něco mezi Back to the Future a Donnie Darko a realita je možná bláznivější než kterákoli jiná.

Časové krystaly - zcela nový stav hmoty nezávislý na známých pevných látkách

Dvě oddělené skupiny vědců nedávno uvedly, že pozorovaly časové krystaly, což dává důvěryhodnost myšlence, že tento teoretický stav hmoty je něco, co lidé mohou skutečně vytvořit a pozorovat. V dětské ložnici lze skutečně pěstovat časové krystaly.

Vyžaduje však jaderné senzory a lasery, které pomohou časovým krystalům dosáhnout jejich plného potenciálu a poté je měřit a pozorovat. Tato kombinace dramatických vědeckých termínů a překvapivě jednoduchých objektů je velkou analogií pro časové krystaly jako celek.

Čtěte dále, abyste pochopili, co jsou zač a jak mohou ovlivnit náš život.

CO JSOU ČASOVÉ KRYSTALY?

Časové krystaly jsou systémy atomů, které se časem uspořádají tak, jak v prostoru krystalizují tradiční pevné látky. V případě, že váš mozek není dostatečně ohnutý a snaží se přijít na to, co to znamená, vytvořily obě skupiny vědců radikálně odlišné struktury, které obě spadají pod označení „časové krystaly“.

Tato atomová uspořádání nejsou portály pro cestování v čase nebo nekonečné stroje Rube Goldberg, ale spíše příchod zcela nového stavu hmoty – nezávislého na známých pevných látkách, kapalinách a plynech, které tvoří náš známý vesmír.

Teoretický fyzik MIT Frank Wilczek poprvé navrhl myšlenku časových krystalů v roce 2012, přičemž předpokládal, že pokud se vlastnosti změní v čase, spíše než v prostoru, mohlo by to vytvořit nové stavy hmoty. O necelých šest let později vytvořily obě skupiny vědců krystaly, které mají podobné vlastnosti jako on.

VÁŽNĚ, CO ​​TO ZNAMENÁ?

Fyzikální zákony se točí kolem symetrií, což jsou momenty, kdy akce vytváří stejnou reakci bez ohledu na prostředí. Toto je základní newtonovská fyzika a jeden ze základních zákonů toho, jak vnímáme vesmír. Hořící kmeny vytvářejí měřitelné množství tepla na základě množství dostupné hmoty, koule dopadající na zeď se odráží od stěny stejnou silou, jakou ji zasáhla – minus ztráty do rozptylu, které lze měřit v teple.

Wilczek uvažoval, zda by molekuly mohly narušit tradiční časově přeloženou symetrii, což reguluje zákony odpovědné za tvorbu krystalů. Tradiční krystaly jako sůl a křemen jsou trojrozměrné uspořádané prostorové krystaly. Jejich atomy jsou uspořádány v předvídatelném opakujícím se systému.

Časové krystaly se naproti tomu na atomové úrovni liší. Jejich atomy se periodicky otáčejí a mění směry, když je převrátí nějaká pulzující síla. Docela doslova, časové krystaly „tikají“ jako staré hodiny dědečka a jejich atomy se otáčejí konstantní periodickou frekvencí.

Ale to není důvod, proč mají název časové krystaly – název pochází ze skutečnosti, že se atomová struktura krystalů opakuje v čase, a proto se zdá, že oscilují na stanovených frekvencích. Časové krystaly nikdy nenajdou rovnováhu tak, jak to dělá diamant nebo rubín, takže jsou nyní považovány za jeden z mála příkladů nerovnovážné hmoty známých vědcům.

Časové krystaly - zcela nový stav hmoty nezávislý na známých pevných látkách

ČASOVÉ KRYSTÁLY VE SKUTEČNÉM SVĚTĚ

Pravděpodobně vás zajímá, jak vypadají časové krystaly , jestli byste je znali, kdybyste to viděli, a co přesně pro nás udělají. Nejdůležitější věcí je pochopit, že časové krystaly v zásadě existují pouze za omezených laboratorních podmínek, zvláště když je vědci postrčí, aby uvedli svou oscilaci do pohybu.

Jakmile oscilují, zdá se, že se čas krystalů rozezní donekonečna. A experiment skupiny Harvard vytvořil krystal, který, jakmile se aktivoval, zářil v důsledku jeho periodických energetických dozvuků.

Tým Yale, který objevil časové krystaly, je našel v překvapivé sadě hmoty – krystalů fosforečnanu amonného (MAP). Tyto krystaly se pozoruhodně snadno pěstují a jsou často zahrnuty v dětských sadách pro pěstování vlastních křišťálů.

Student měl v laboratoři krystaly MAP pro jiný experiment, když se tým časových krystalů rozhodl hledat podpis diskrétního časového krystalu pomocí nukleární magnetické rezonance. Vědec z Yale Research Sean Barrett ironicky shrnul: „Naše práce naznačuje, že podpis DTC lze v zásadě najít pohledem do sady pro pěstování krystalů pro děti.“

Tento objev časových krystalů na jednoduchém a divoce neočekávaném místě vyvolává základní otázky o tom, jak se časové krystaly tvoří a jaké stavy hmoty mohou v čase existovat v existující pozorované hmotě ve vesmíru. Šířka a bohatost fází hmoty ve vesmíru je zjevně ještě větší, než jsme dosud chápali.

A tyto fáze, které nemusí být pozorovatelné tradičními pěti smysly, ale jsou šokující, jsou-li měřeny pomocí nástrojů, které dokáží vnímat atomové oscilace, mohou být mnohem častější, než si Wilczek kdy představoval, když poprvé navrhoval svou teorii.

Přidáním laserových nebo mikrovlnných pulzů ke zdánlivě pevným objektům můžeme dobře objevit tyto konstantní oscilace v atomové hmotě v celém vesmíru a některé formy časových krystalů mohou být snadno dramatičtější než ty, které byly dosud pozorovány.

BUDOUCÍ APLIKACE

Vědci věří, že studium časových krystalů a zdokonalení našeho porozumění jim umožní průlom v síle a přesnosti atomových hodin, gyroskopů a magnetometrů, jakož i další vývoj v tom, jak budujeme potenciální kvantové technologie.

Příslib používání stabilních kvantových systémů při mnohem vyšších provozních teplotách, než jaké můžeme v současné době dosáhnout, může být posledním krokem potřebným k tomu, aby se kvantové výpočty staly skutečností – což je opravdu velký problém. Americké ministerstvo obrany oznámilo program financování vyšetřování více potenciálních aplikací časových krystalů, protože kvantové výpočty jsou jedním z nejslibnějších technologických horizontů v počítačové době.

Objev časových krystalů také vyžaduje přehodnocení některých existujících teorií a porozumění, protože se zdá, že to naznačuje, že existují fáze hmoty mimo oblast toho, čemu v současné době rozumíme. Existuje několik potenciálních aplikací časových krystalů, které jsou ještě více sci-fi, než naznačuje jejich název, ale na rozdíl od mnoha takových futuristicky znějících průlomů, časové krystaly již existují ve více než jedné formě a byly potvrzeny v recenzovaných studiích několika univerzitních výzkumných týmů.

Časové krystaly - zcela nový stav hmoty nezávislý na známých pevných látkách

ZÁVĚR
Ano, časové krystaly znějí jako něco přímo z románu sci-fi. Ale čím víc pochopíme, jak fungují, tím více začneme chápat, jaký mají potenciál.

Když začneme přistupovat k omezením, kolik tranzistorů lze fyzicky zahrnout do mikročipu, mohou být řešením časové krystaly, které otevírají radikálně nové metody výpočtu.

Je jasné, že čím více se díváme do „křišťálové koule“ časových krystalů, tím perspektivnější se zdá budoucnost.

Autor: Anna Kucirkova, hostující autorka
Tento článek byl také publikován na https://www.iqsdirectory.com/resources/time-crystals-a-new-form-of-matter-that-could-change-everything/

Zdroj článku: Časové krystaly

ČASOVÉ KRYSTALY POZASTAVUJÍCÍ ZÁKONY FYZIKY

Časový krystal je vytvořen ze sbírky atomů nebo iontů, které vzájemně spolupracují. Lze ji zařadit mezi takové skupiny, jako jsou supravodiče, kvantové spinové kapaliny a superfluidy, tvoří další z exotické řady stavů hmoty. Látka se v podstatě pohybuje v čase, ale je stabilní. Mohla by být využita pro sestavení kvantových počítačů, které nikdy neztrácejí informace.

V roce 2012 byla navržena studie této formy hmoty, která spontánně rozbíjí časovou invarianci, základní symetrii v čase. Pojem časové invariance diktuje, že dělat něco nyní by přineslo stejný výsledek jako dělat stejnou věc, například jednu minutu v budoucnu (všechny ostatní podmínky jsou stejné). Kvantová interakce mezi částicemi, jako jsou ionty nebo subatomové částice, může vytvořit stav hmoty, který osciluje opakovaně v čase. Stejně jako krystal má strukturu, která se opakuje ve vesmíru. To znamená, že pokud se záležitost osciluje s časem 2 minuty, dělat něco s tou věcí nyní by mělo jiné výsledky než dělat totéž 1 minutu od teď. Pro porozumění, co to znamená, si lze představit, že dva lidé drží skokové lano a houpají jím na třetí osobu, která chce skočit. V běžných stavech hmoty, pokud lano dělá kroužek každou vteřinu, musí člověk skočit každou vteřinu. Ale v čase krystalu je to, jako kdyby skokan zvedl nohy, kdykoli se lano dotkne země, a přesto nějak zachovává čas a není zapleteno do provazu.

V poslední době následná práce ukázala, že krystalické časové podmínky nemohou existovat v tepelné rovnováze. (Základním principem termodynamiky je to, že dva objekty v kontaktu nakonec vyvstanou při stejné teplotě v rovnovážném stavu nebo tepelné rovnováze systému.) Ale brzy poté vědci ukázali, že časové krystaly by mohly existovat v dynamických stavech, kdy systémy se rychle mění a dosud nedosáhly tepelné rovnováhy.

Časové krystaly - zcela nový stav hmoty nezávislý na známých pevných látkách

Začátkem tohoto roku byl vytvořen teoretický materiál, který identifikoval klíčové popisy časového krystalu. Byl předpovězeno, co se stane, když se takový krystal rozplyne do hmotnějšího stavu hmoty a stanoví experimentální způsob, jak dokázat existenci krystalů času.

V experimentu bylo zachyceno 14 iontů ytterbia pomocí laserových paprsků a poté se manipulovalo s rotacemi iontů pomocí pevně zaměřených laserových paprsků. Materiál se choval jako časový krystal, který osciloval na polovině frekvence jízdy. Během experimentu se materiál nezahříval, ačkoli se do systému vneslo velké množství energie. To je znamení, že zákony termodynamiky se během trvání experimentu neprojevily.

ELEKTRONICKÉ KNIHY ke čtení ve vašem počítači, tabletu či mobilu

Fascinující věcí na těchto experimentech je, že pozastavují zákony fyziky neurčitě. Je to jako s šálkem horké kávy, který postupně chladne, ale nikdy neochladne tak, aby byl přesně roven pokojové teplotě. Vždy v něm zůstane pozůstatek tepelné energie, který setrvává na místě.

Zdroj článku: ČASOVÉ KRYSTALY POZASTAVUJÍCÍ ZÁKONY FYZIKY

Časové krystaly? Utopie se stala realitou

Po zveřejnění postupu, jak by bylo možné časový krystal vytvořit, se velmi rychle objevily hned dva způsoby získání časového krystalu. Z toho lze usoudit, že příprava zcela nového exotického stavu hmoty je technologicky relativně snadno zvládnutelná. Časové krystaly narušují globální časovou symetrii a nastolují diskrétní časovou symetrii systému. Ukázalo se, že není možné je připravit v termodynamické rovnováze s okolím. Další zajímavostí je, že je časový krystal ve stavu věčného pohybu, kmitá na subharmonických frekvencích vzhledem k vnějším podnětům. Pokud mají spiny dva základní stavy lišící se pouze opačnou orientací spinu, je teoreticky možné vyprovokovat neustálé překlápění mezi těmito dvěma stavy i bez dalších vnějších podnětů. Na první pohled to zní jako perpetuum mobile – splnění dávného snu o věčném pohybu. Z takového překlápění ale nelze energii nijak získat, oba stavy mají nejnižší možnou energii a jde o základní stavy systému. Naopak: abychom tento pohyb zastavili, musíme do systému dodat nenulovou energii. Jinou variantou „věčného“ pohybu je kroužení. Představme si jehlu postavenou na špičce. Ta může spadnout kterýmkoli směrem, čímž získá nejnižší možnou energii a současně dojde k narušení symetrie (z mnoha směrů byl vybrán jeden jediný). Pokud by nešlo o jehlu na podložce, ale o kvantový systém, mohla by se taková „kvantová jehla“ začít otáčet na desce stolu. Všechny její polohy by totiž měly nejnižší možnou energii (samozřejmě u skutečné jehly tomu zabrání tření). Ve světě spinů můžeme na obdobném principu vytvořit kroužek rotujících spinů. Z takového pohybu opět nelze energii získat, takže o perpetuum mobile v klasickém smyslu nejde. K zastavení pohybu je třeba opět dodat určitou energii. Časové krystaly jsou velmi zajímavou formou hmoty a lze očekávat jejich neméně zajímavé aplikace. V současnosti se hovoří o možné konstrukci nového typu počítačových pamětí založených právě na časových krystalech. Časové krystaly se také mohou stát ústřední komponentou usilovně vyvíjených kvantových počítačů. Žijeme v převratné době a další aplikace na sebe jistě nedají dlouho čekat…

Více v článku: Časové krystaly? Utopie se stala realitou

Časové krystaly - zcela nový stav hmoty nezávislý na známých pevných látkách

GALERIE FANTAZIE – Květinové dekorace, dárky

Diskuze


PŘEJETE SI PODPOŘIT PROVOZ WEBOVÝCH STRÁNEK FORMOU FINANČNÍHO DARU?


error: Obsah je chráněn autorským zákonem.