مفهوم کریستال زمان در فیزیک چیست؟
مفهوم کریستال زمان در فیزیک چیست؟
مجله علمی ایلیاد - یک نوع تئوری جدید از کریستالهای زمان قادر است پتانسیل این ساختارهای جذاب را متحول کند. برخلاف کریستالهای زمان که تا به امروز ساختهشده بودند، این ساختار به هیچگونه محرک خارجی برای به جنبش درآوردن ذرات نیاز ندارد. این روش که مبتنی بر تحریک ذرات درهمپیچیده است، باعث میشود که ذرات بتوانند بر چرخش یکدیگر تاثیر بگذارند؛ اما برای درک جزئیات این رویکرد، ابتدا باید کمی به عقب بازگردیم. ممکن است کریستالهای زمان مانند برخی از مفاهیم علمی تخیلی بهنظر برسند، اما این طرح تئوری یک پدیدهی واقعی است که برای اولین بار توسط فیزیکدان معروف «فرانک ویلکزیک» در سال ۲۰۱۲ ارائه گردید. این کریستالها از بیرون، دقیقاً مانند کریستالهای معمولی بهنظر میرسند؛ اما در داخل، اتمها که در یک ساختار مشبک تکرارشونده عادی قرار گرفتهاند، دارای رفتار عجیبوغریبی هستند.
آنها مرتباً نوسان میکنند، ابتدا در یک جهت میچرخند و سپس در جهت دیگر به چرخش در میآیند. این نوسانات که به آنها «تیکتاک» گفته میشود، در یک فرکانس بسیار منظم و خاص ادامه پیدا میکند؛ بنابراین، برعکس ساختار کریستالی منظم که در فضا تکرار میشود، کریستالهای زمان در فضا-زمان تکرار میشوند؛ از این رو به آنها کریستالهای زمان گفته میشود.
تا به امروز، کریستالهای زمان که بهصورت آزمایشی تولید میشدند به محرک خارجی مانند «پالس تابش الکترومغناطیسی» در حالت پایه یا حالت کمترین انرژی برای تیکتاک کردن نیاز داشتند. تا سال ۲۰۱۶ چنین چیزی صادق بود، اما از آن زمان به بعد، بحث بر سر این بود که آیا میتوانیم کریستالهایی را تولید کنیم که به محرک خارجی نیاز نداشته باشند یا خیر؟
درواقع، اینطور به نظر میرسید که ساخت کریستالهای زمان بدون ورودی انرژی در حالت پایه از نظر فیزیکی غیرممکن باشد. در فیزیک این تئوری بهعنوان قضیه «رد-قبول» شناخته میشود. اما استثناء قابلتوجهی در این قضیه وجود دارد که به کریستالهای زمان مربوط میشود و این همان چیزی است که «والری کوزین» از دانشگاه ایسلند در ریکیاویچ و «الکساندر کیوریانکو» از دانشگاه اکسستر انگلیس برای حل این مشکل از آن استفاده کردند.
آنها در مقالهی سال ۲۰۱۵ خود بر این امر استناد نمودند که فعل و انفعال بین ذرات در فواصل بیشتر ضعیفتر میشود. این فرضیه یک فرضیه صحیح است؛ مثلاً به اثر مغناطیسی یا گرانشیای که در مسافتهای طولانی از بین میرود فکر کنید.
اما یک استثناء هم وجود دارد. ذرات درهمتنیده رابطهای را با هم برقرار میکنند که با افزایش فاصله ضعیفتر نمیشوند. اندازهگیری چرخش یک ذره بلافاصله میزان چرخش شریک درهمتنیدهی آنرا تعیین میکند، هر چقدر هم که آنها از هم فاصله داشته باشند، باز هم این موضوع صدق میکند. بر طبق گفتهی فیزیکدانان، در کریستالهای زمان چنین تعامل از راه دوری میتواند به لحاظ نظری باعث ایجاد حالت پایهی کریستالهای زمان شود که نیازی به ورودی انرژی نداشته باشند.
آنها در مقاله جدید خود، سیستمی از ذرات را در کریستال زمان ارائه میدهند که هرکدام دارای چرخش مخصوص به خود هستند. آنها در این مقاله نشان میدهند که میتوان چرخش ذرات درهمتنیده را با استفاده از یک مدل تئوری مرکب که مطابق با تعاریف مقالهی سال ۲۰۱۵ از کریستالهای زمان باشد، تعیین کرد.
به گفتهی محققان، حتی اگر ذرات بهطور متناسب با هم چرخش نکنند، فعل و انفعال بین ذرات باعث میشود تا کریستالهای زمان دچار تیکتاک شوند. اما این سیستم بسیار پیچیده خواهد بود، زیرا هر ذره قادر است بهطور همزمان در یک ابر موقعیت، یعنی در یک حالت نامشخص از جهتهای بالا و پایین چرخش کند.
در حقیقت، ممکن است نتوان کل این فرایند پیچیده را در آزمایشگاه شبیهسازی کرد. درهم آمیختن ذرات به این روش ایدهای است که روی کاغذ خوب عمل میکند، اما بعید به نظر میرسد که به لحاظ عملی قابلاجرا باشد. اما اولین باری که ایدهی کریستالهای زمان هم مطرحشده بود، بهنظر غیرواقعی میآمد؛ پس، آینده میتواند ما را شگفتزده کند.