Fizičari predložili novo stanje materije: Tečnost koja može teći kroz vrijeme

Kocka leda kakvu obično poznajemo jeste kristal, čiji su molekuli vode uredno raspoređeni u uređenu šestougaonu rešetku. Kako se topi, ovaj red se topi, a dugometražni kristalni raspored ustupa mjesto fluhidnom haosu. Ipak, čak i u ovom prividnom neredu, molekuli zadržavaju određeni vid strukture, stupajući u interakciju sa svojim neposrednim susjedima.

Ovo je prostorni raspored. Ali, šta bi se desilo ako bi se nešto slično moglo dogoditi kristalu čija struktura postoji ne samo u prostoru, već i u vremenu?

Šta je zapravo vremenska tečnost?

Ako bi fenomen poznat kao vremenski kristal mogao da se „istopi“ na isti način kao kocka leda, to bi moglo da rezultira stanjem materije poznatim kao vremenska tečnost – stanjem koje zadržava kratkoročni vremenski poredak čak i kada se njegova dugoročna koherentnost raspada.

Ako bi bila eksperimentalno demonstrirana, vremenska tečnost bi mogla da ponudi fizičarima novi način da istraže kako materija reaguje na fluktuacije u svom okruženju – i kako red može nastati iz onoga što bi trebalo da bude nered, čak i kada uobičajena pravila koja upravljaju vremenskim kristalima više ne važe.

„Najupečatljiviji aspekt diskretnih vremenskih tečnosti, kako kvantnih tako i klasičnih, jeste ideja da diskretni vremenski kristal sa konačnom gustinom topoloških vremenskih defekata može u prosjeku da uspostavi simetriju translacije u vremenu“, navode fizičari koje predvode Zuo Vang i Marios H. Majkl sa Instituta za fiziku kompleksnih sistema Maks Plank u Njemačkoj.

Od vremenskih kristala do nove misterije

Vremenski kristali predstavljaju jedan od fascinantnijih fenomena u modernoj fizici. Zamislite kocku leda u svojoj glavi – kada biste se smanjili na molekularnu skalu i pogledali je, njena rešetka bi podsjećala na šesterougaonu džunglu za igru, pri čemu se šablon ponavlja u trodimenzionalnom prostoru.

Vremenski kristal vodi ovu ideju korak dalje – umjesto da samo ponavlja šablon kroz prostor, on ponavlja šablon ponašanja kroz vrijeme. Istraživači su bazirali svoj rad na principima takozvanog diskretnog vremenskog kristala, čiji ponavljajući šablon nije samo normalno oscilovanje atoma, već je vođen spoljnim izvorom poput lajzera, ali kuca drugačijim ritmom.

Kako je nastao model vremenske tečnosti?

Istraživači su razvili teorijski model koji se sastoji od dvodimenzionalne rešetke interaktivnih spinova – zamislite list sa urednom mrežom sićušnih magnetnih strelica poput igala kompasa. Ova rešetka je bila spregnuta sa elektromagnetnom šupljinom. Kada su pokrenuli simulacije, desilo se nešto iznenađujuće: pod pravim uslovima, spinovi su počeli da kucaju na pola frekvencije šupljine, iako su fluktuacije koje su ih pokretale bile sve samo ne regularne.

Istraživači ove prekide nazivaju vremenskim solitonima – defektima u vremenskom poretku koji remete dugoročnu koherentnost bez uništavanja osnovnog ritma. Baš kao što tečna voda zadržava određenu lokalnu strukturu čak i nakon što se dugoročni poredak njene kristalne rešetke raspao, simulirani spinovi su zadržali kratkoročni vremenski poredak.

Zašto je ovo važno za budućnost nauke?

Iako je riječ o čistoj teoriji koja tek treba da bude potvrđena u praksi, otkriće otvara mogućnost da vremenska tečnost može postojati čak i u toplotnoj ravnoteži – stanju u kojem se konvencionalni vremenski kristali obično ne formiraju. Kada je koncept vremenskog kristala prvi put predložen, mnogi fizičari su mislili da je nemoguć, pa bismo u bliskoj budućnosti mogli svjedočiti još jednom revolucionarnom koraku u razumijevanju delikatne granice između reda i haosa.

Izvor: ScienceAlert (Nauka & Svemir)