Nevjerovatno naučno otkriće: Novi vremenski kristali nastaju sami od sebe kroz usklađene vibracije

Za nas smrtnike, tok vremena teče samo u jednom pravcu. Jučerašnji dan je prošao, sutrašnjica tek dolazi, i bez obzira na to koliko precizno i vjerno neki sat mjeri protekle sekunde, nikada se ne možemo vratiti u trenutak koji je već nestao.

Međutim, za vremenske kristale stvari stoje sasvim drugačije. Sastavni dijelovi ovog misterioznog stanja materije – bili oni atomi, zvučni talasi ili topološki defekti – strogo su uređeni u vremenu, prateći ponavljajući obrazac otkucaja koji se mogu precizno preslikati u redovnim intervalima.

Kada haos preraste u savršenu harmoniju

Nekada smatrani nemogućim, vremenski kristali su do sada primijećeni u različitim sistemima, od fizičkih atomskih rešetki do lebdećeg stiropora. Ipak, naučnici su sada otkrili potpuno nov i neobičan način njihovog nastanka – ne putem nametanja vanjskog ritma, već kroz spontani proces u kojem se suprotstavljene vibracije postepeno usklađuju, pretvarajući običan haos u savršeni red.

Koristeći trodimenzionalno štampani dvodimenzionalni metamaterijal, međunarodni tim fizičara predvođen Jonasom Veenstrom sa Univerziteta u Amsterdamu u Holandiji posmatrao je kako male, brze vibracije ustupaju mjesto progresivno većim i sporijim talasima, sve dok se cijela struktura nije pokrenula u savršenoj sinhronizaciji.

Istraživači ovaj proces nazivaju „zgrušavanjem talasa“ (engl. wave coarsening), a on bi mogao otvoriti potpuno nova vrata u razumijevanju načina na koji se materija organizuje u dugotrajne vremenske obrasce.

Izazov krhkosti i nestabilnosti

Jedan od najvećih izazova u istraživanju vremenskih kristala jeste njihova izuzetna osjetljivost i krhkost. Kada pokušavate zadržati sistem u preciznom ritmu, čak i najmanja smetnja može ga gurnuti u potpunu neuređenost. To čini pojavu stabilnog, sinhronizovanog ritma u dvodimenzionalnom materijalu izuzetno važnim i intrigantnim otkrićem.

Ključ leži u takozvanim neriprocipročnim interakcijama, gdje uticaj jednog dijela sistema na drugi nije nužno uzajaman. Pod određenim uslovima, umjesto nasumičnih sudara oscilacija, talasi se mogu spontano reorganizovati, pri čemu duži i sporiji obrasci preuzimaju primat nad kraćima i bržima.

Eksperiment sa saćem i mehaničkim prstenom

Kako bi dokazali ovu teoriju u praksi, naučnici su izgradili neobičan metamaterijal čija svojstva proizlaze iz njegove strukture, a ne iz hemijskog sastava. Sastojao se od 37 jedinica raspoređenih u obliku saća, pri čemu je svaka jedinica imala senzore, aktuatore i sitne elektronske kontrolere.

• Jedinice su programirane da reaguju asimetrično na pritisak susjeda.
• Kada bi se jedan dio kompresovao, susjedni dio u smjeru kazaljke na satu takođe bi se sabio, dok bi se onaj u suprotnom smjeru proširio.
• Nakon početnog malog guranja i unošenja nasumičnih smetnji, sistem je spontano prešao iz brzih vibracija u usklađeni talasni pokret.

Istraživači se nisu zaustavili na saću, već su napravili i elastični prsten nalik na krofnu opremljen sa 24 motora. I na ovom modelu su potvrdili da se energija spontano preliva u dugotalasne obrasce, dokazujući postojanje stabilne povratne sprege u materijalu.

Šira primjena u modernoj tehnologiji

Iako su praktične primjene još uvijek u ranoj fazi razvoja, ovo otkriće ima ogroman potencijal. Od akustike i meke robotike, pa sve do naprednih optomehaničkih sistema, kontrolisanje vibracija putem samorganizacije predstavlja korak naprijed ka stabilnijim vremenskim kristalima i novim tehnološkim rješenjima.

Izvor: ScienceAlert (Nauka & Svemir)