Un groupe de physiciens américains a pu construire le soi-disant «cristal du temps» - une structure dont la possibilité avait été prédite il y a longtemps. Une caractéristique du cristal est la capacité de devenir périodiquement asymétrique non seulement dans l'espace, mais aussi dans le temps. Par conséquent, il peut être utilisé pour créer un chronomètre ultra précis.
Les cristaux sont généralement des formations très paradoxales. Prenons, par exemple, leur rapport à la symétrie: on le sait, un cristal lui-même, à en juger par son apparence, peut être considéré simplement comme un modèle de symétrie spatiale. Cependant, le processus de cristallisation n'est rien de plus que sa violation malveillante.
Ceci est très bien illustré par l'exemple de la formation de cristaux en solution, par exemple certains sels. Si nous analysons ce processus dès le début, nous verrons que dans la solution elle-même, les particules sont disposées de manière chaotique et que le système entier est à un niveau d'énergie minimum. Cependant, les interactions entre les particules sont symétriques par rapport aux rotations et aux cisaillements. Cependant, après la cristallisation du liquide, il se produit un état dans lequel ces deux symétries sont rompues.
Ainsi, nous pouvons conclure que l'interaction entre les particules dans le cristal résultant n'est pas du tout symétrique. Cela implique un certain nombre des propriétés les plus importantes des cristaux - par exemple, ces structures, contrairement au liquide ou au gaz, conduisent le courant électrique ou la chaleur de différentes manières dans différentes directions (elles peuvent le conduire vers le nord, mais pas vers le sud). En physique, cette propriété est appelée anisotropie. Cette anisotropie cristalline a longtemps été utilisée par les humains dans diverses industries, telles que l'électronique.
Une autre propriété intéressante des cristaux est que, en tant que système, il est toujours au niveau d'énergie minimum. Ce qui est le plus curieux, c'est qu'il est beaucoup plus bas que, par exemple, dans la solution qui "a donné naissance" au cristal. On peut dire que pour obtenir ces structures, il est nécessaire de "prélever" de l'énergie au substrat initial.
Ainsi, lors de la formation d'un cristal, le niveau d'énergie du système diminue et la symétrie spatiale initiale est rompue. Et il n'y a pas si longtemps, deux physiciens des États-Unis, Al Shapir et Frank Wilczek (au fait, lauréat du prix Nobel), se demandaient si l'existence d'un cristal dit "à quatre dimensions", où la rupture de symétrie se produirait non seulement dans l'espace, mais aussi dans le temps, était possible.
À l'aide de calculs mathématiques complexes, les scientifiques ont pu prouver que c'était tout à fait possible. Le résultat est un système qui existe, comme un vrai cristal, à un niveau d'énergie minimum. Mais le plus intéressant est qu'en raison de la formation de certaines structures périodiques, non pas dans l'espace, mais dans le temps, il arriverait à un état final asymétrique. Les auteurs de l'ouvrage ont appelé très solennellement un tel système - «le cristal du temps».
Au bout d'un moment, un groupe de physiciens expérimentaux dirigé par le professeur Zhang Xiang de l'Université de Californie (États-Unis) a décidé de créer un tel système non plus sur papier, mais en réalité. Les scientifiques ont créé un nuage d'ions béryllium, puis l'ont «enfermé» dans un champ électromagnétique circulaire. Étant donné que la répulsion électrostatique d'ions également chargés les uns des autres les fait se répartir uniformément autour du cercle, les chercheurs ont en fait obtenu un cristal gazeux. Et si les caractéristiques du champ étaient inchangées, l'état du système, en théorie, n'aurait pas non plus dû changer.
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En même temps, des calculs, puis des observations, ont montré que cet anneau très ionique ne sera pas immobile. Le cristal gazeux tournait constamment et les interactions des ions étaient parfois symétriques, alors non. Tout cela a été observé même lorsque le cristal a été refroidi à zéro presque absolu. Ainsi, cette structure est bien un "cristal du temps": elle présente les propriétés de périodicité et d'asymétrie à la fois dans l'espace et dans le temps.
Il est curieux que l'anneau d'ions en rotation tranquille, conçu par le groupe du professeur Zhang, ait amené de nombreux non-spécialistes à l'associer à une machine à mouvement perpétuel. Bien sûr, un cristal de gaz ressemble à un mobile perpétuel, mais en fait ce n'est pas le cas. Après tout, ce système ne peut faire aucun travail, puisque tous ses composants sont au même niveau d'énergie (de plus, le minimum). Et selon la deuxième loi de la thermodynamique, le travail n'est possible que dans ce système, dont les composants sont au moins à deux niveaux d'énergie.
En même temps, cela ne signifie pas du tout que le "cristal de temps" ne peut en aucun cas être utilisé pour des besoins pratiques. Le professeur Zhang est convaincu que, par exemple, un chronomètre ultra-précis peut être construit sur sa base. Après tout, le passage de la symétrie à l'asymétrie a une périodicité prononcée. En attendant, le professeur et ses collègues veulent faire une étude plus détaillée des propriétés de la merveilleuse structure qu'ils ont créée …
Anton Evseev
