Um grupo de físicos americanos conseguiu construir o chamado "cristal do tempo" - uma estrutura cuja possibilidade havia sido prevista há muito tempo. Uma característica do cristal é a capacidade de se tornar periodicamente assimétrico não apenas no espaço, mas também no tempo. Portanto, ele pode ser usado para fazer um cronômetro ultrapreciso.
Os cristais são geralmente formações muito paradoxais. Vejamos, por exemplo, sua relação com a simetria: como sabemos, o próprio cristal, a julgar por sua aparência, pode ser considerado simplesmente um modelo de simetria espacial. No entanto, o processo de cristalização nada mais é do que sua violação maliciosa.
Isso é muito bem ilustrado pelo exemplo da formação de cristais em solução, por exemplo, alguns sais. Se analisarmos este processo desde o início, veremos que na própria solução as partículas estão dispostas de forma caótica, e todo o sistema está em um nível mínimo de energia. No entanto, as interações entre as partículas são simétricas em relação às rotações e cisalhamento. No entanto, depois que o líquido se cristaliza, surge um estado em que ambas as simetrias são rompidas.
Assim, podemos concluir que a interação entre as partículas no cristal resultante não é de todo simétrica. Isso implica em uma série das propriedades mais importantes dos cristais - por exemplo, essas estruturas, ao contrário do líquido ou do gás, conduzem corrente elétrica ou calor de maneiras diferentes em direções diferentes (podem conduzi-lo para o norte, mas não para o sul). Em física, essa propriedade é chamada de anisotropia. Essa anisotropia cristalina há muito é usada por humanos em várias indústrias, como a eletrônica.
Outra propriedade interessante dos cristais é que, como sistema, está sempre no nível mínimo de energia. O mais curioso é que é muito inferior, por exemplo, na solução que "deu à luz" o cristal. Pode-se dizer que para a obtenção dessas estruturas é necessário "tirar" energia do substrato inicial.
Assim, durante a formação de um cristal, o nível de energia do sistema diminui e a simetria espacial inicial é quebrada. E não há muito tempo, dois físicos dos Estados Unidos, Al Shapir e Frank Wilczek (aliás, um ganhador do Nobel), se perguntaram se a existência de um chamado cristal "quadridimensional", onde a quebra de simetria ocorreria não apenas no espaço, mas também no tempo, era possível.
Com a ajuda de cálculos matemáticos complexos, os cientistas conseguiram provar que isso é perfeitamente possível. O resultado é um sistema que existe, como um cristal real, com um nível mínimo de energia. Mas o mais interessante é que devido à formação de certas estruturas periódicas, não no espaço, mas no tempo, chegaria a um estado final assimétrico. Os autores da obra chamaram esse sistema de maneira muito solene - "o cristal do tempo".
Depois de um tempo, um grupo de físicos experimentais liderado pelo professor Zhang Xiang, da Universidade da Califórnia (EUA), decidiu criar tal sistema não mais no papel, mas na realidade. Os cientistas criaram uma nuvem de íons de berílio e a "bloquearam" em um campo eletromagnético circular. Como a repulsão eletrostática de íons igualmente carregados uns dos outros faz com que eles sejam distribuídos igualmente ao redor do círculo, os pesquisadores obtiveram essencialmente um cristal gasoso. E embora as características do campo permanecessem inalteradas, o estado do sistema, em teoria, também não deveria ter mudado.
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Ao mesmo tempo, cálculos e observações mostraram que esse mesmo anel iônico não ficará imóvel. O cristal gasoso girava constantemente, e as interações dos íons às vezes eram simétricas, mas não. Tudo isso foi observado mesmo quando o cristal foi resfriado a quase zero absoluto. Assim, essa estrutura é de fato um "cristal do tempo": ela exibe as propriedades de periodicidade e assimetria tanto no espaço quanto no tempo.
É curioso que o anel de íons em rotação lenta, projetado pelo grupo do professor Zhang, fez com que muitos não especialistas se associassem a uma máquina de movimento perpétuo. Claro, um cristal de gás parece um móvel perpétuo, mas na verdade não é. Afinal, este sistema não pode fazer nenhum trabalho, pois todos os seus componentes estão no mesmo nível de energia (aliás, o mínimo). E de acordo com a segunda lei da termodinâmica, o trabalho só é possível naquele sistema, cujos componentes estão em pelo menos dois níveis de energia.
Ao mesmo tempo, isso não significa de forma alguma que o "cristal do tempo" não possa ser usado de forma alguma para necessidades práticas. O professor Zhang está convencido de que, por exemplo, um cronômetro ultrapreciso pode ser construído com base nele. Afinal, a transição da simetria para a assimetria tem uma periodicidade pronunciada. Nesse ínterim, o professor e seus colegas querem fazer um estudo mais detalhado das propriedades da maravilhosa estrutura que eles criaram …
Anton Evseev
