دانشمندان کریستال زمان را ساختند. اگر فکر می‌کنید این تیتر شبیه نام داستانی علمی تخیلی یا یکی از قسمت‌های داستان‌های شگفت‌انگیزی مانند دکتر هو است که با سفر در زمان سروکار دارد، اشتباه می‌کنید. این ماده ریشه در فیزیک واقعی دارد اما تا همین چند وقت پیش دانشمندان مطمئن بودند وجود آن به همان اندازه برخی از داستان‌های دکتر هو غیرممکن است. حالا دو گروه از دانشمندان موفق شده‌اند این ماده عجیب را طراحی کرده و بسازند.
کریستال‌های زمان، ساختاری نظری – حداقل تا الآن بودند – از ماده هستند که می‌توانند بدون نیاز به هر نوع انرژی ضربان های منظمی را تولید کنند. همانند یک ساعت دقیق که پالس‌ها یا ضربان های زمانی مشخصی را تولید می‌کند با این تفاوت که این کریستال‌ها نیاز به منبع انرژی بیرونی یا کوک‌کردن ندارند. در این ساختارها این الگوها شبیه به حالتی که اتم‌ها در کریستال‌های عادی دارند و به‌طور منظم خود را تکرار می‌کنند، رفتار و الگوی مکانی خود را در زمان تکرار می‌شوند؛ و به همین دلیل هم نام کریستال زمان برای آن‌ها در نظر گرفته شده بود. اولین بار در سال 2012 فرانک ویلزک که برنده جایزه نوبل فیزیک بود ایده این ساختارها را مطرح کرد اما بلافاصله گروه‌های تحقیقاتی مختلف ثابت کردند که امکان وجود و ساختن چنین کریستال‌هایی وجود ندارد.
اما به نظر می‌رسد در اثبات آن‌ها نکته کوچکی وجود داشت که حداقل دو گروه از دانشمندان اکنون توانسته‌اند با استفاده از آن چنین موادی را تولید کنند.
مانرو، فیزیکدان دانشگاه مریلند و گروه همکار او از ترکیبی از زنجیره‌های اتمی که به‌منظور دیگری ساخته بودند برای ساخت کریستال زمان خود استفاده کردند. مونرو دراین‌باره می‌گوید، موفقیت ما در ساخت این کریستال زمانی مثل این بود که یک‌دفعه خود این ماده در مقابل ما ظاهر شد و از دل تحقیق دیگری یک‌باره به آن رسیدیم.
گروه دیگر محققان در دانشگاه هاروارد به طور مستقل توانسته اند از ساختاری که به الماس کثیف معروف است کریستال زمانی را تولید کنند.
فرانک ویلزک در سال 2012 ایده کریستال های زمانی را مطرح کرد
هر دو این ساختارها موردبررسی دانشمندان مختلف قرارگرفته است و درنهایت این هفته در ژورنال نیچر به‌طور همزمان منتشرشده است و هر دو این ماده حداقل ازنظر تعریف در دسته‌بندی کریستال‌های زمانی می‌گنجند.
به گفته یکی از محققان این ماده‌ها اگرچه شاید به آن اندازه‌ای که ابتدا تصور می‌کنید عجیب‌وغریب نیستند اما واقعاً عجیب‌اند. ضمن اینکه این‌ها نخستین نمونه از موادی شگفت‌انگیز است. مجموعه‌ای از ذرات کوانتومی که به‌طور دائم در حال تغییر هستند و هیچ‌وقت به وضعیت پایدار نمی‌رسند. این سامانه‌ها ثبات خود را از دل واکنش‌های مداوم به دست می‌آورند که در سایر مواد منجر به فرسودگی و ازهم‌گسیختگی سیستم می‌شود. این نوع تازه‌ای از نظم به شمار می‌رود
ایده اصلی که ویلزیک را به مفهوم کریستال‌های زمانی راهنمایی کرد از دل شورشی علیه قوانین سر برآورد. به نوشته نیوساینتیست، قوانین فیزیک ساختاری متقارن دارند و به‌طور یکسان در همه جای فضا زمان قابل‌اعمال هستند. باوجوداین برخی از ساختارها وجود دارند که این تقارن را به چالش می‌کشند در یک مغناطیس، گردش اتم‌ها به‌جای آنکه توزیع تصادفی داشته باشد همگی در یک راستا قرار می‌گیرند. درون یک کریستال معدنی، اتم‌ها مجموعه موقعیت‌های مشخصی را در فضا اشغال می‌کنند و اگر این مجموعه اندکی تغییر کند دیگر بلور ظاهر قبلی خود را نخواهد داشت. زمانی که نوعی تغییر و دگردیسی باعث تغییر ویژگی‌های یک ماده می‌شود دانشمندان اصطلاحاً از آن به عاملی که تقارن را شکسته است نام می‌برند و این اتفاقی رایج در جهان طبیعت است. چنین رفتاری را می‌توان در بنیان مفاهیمی مانند مغناطیس، ابررسانایی و حتی ساختار بوزون هیگز که منجر به جرم‌دار شدن همه اجسام می‌شود جستجو کرد.
در سال 2012 ویلیزیک به فکر افتاد که چرا هیچ‌گاه شاهد شکسته شدن این ساختار متقارن در زمان نیستیم. او چنین ساختاری فرضی را کریستال یا بلور زمان نام نهاد. این ساختاری بود که درحالی‌که در پایین‌ترین حالت انرژی خود قرار داشت به‌طور بی‌پایان و منظمی در بازه‌های زمانی به تکرار رفتار و حرکت خود می‌پرداخت و برای این حرکت نیازی به نیروی بیرونی نداشت.
به گفته یکی از محققانی که در این پروژه نقش داشته است این ایده از ابتدا به‌گونه‌ای بود که فکر می‌کردید به‌طور بدیهی مشکلی اساسی دارد. تقریباً بر اساس تعریف می‌توانید نتیجه بگیرید اگر ساختاری در کمینه انرژی خود باشد در طول زمان تغییر نمی‌کند. اگر تغییر کند پس حتماً انرژی اضافی دارد که می‌تواند از دست بدهد
باوجوداین نگاهی نزدیک‌تر به این سیستم نشان داد این ایده چندان هم از بنیان‌های منطقی دور نیست. اما گروه‌های متعددی ازجمله هاروکی داتانابه در برکلی و ماساکی اوشیکاوا از دانشگاه توکیو با بررسی‌های ریاضیاتی سعی کردند نشان دهند این ایده نمی‌تواند امکان‌پذیر باشد تا سال 2015 بر مبنای تحقیقات آن‌ها تقریباً جامعه علمی به این نتیجه رسیده بود که این ایده جایی در دنیایی واقعی ندارد. باوجوداین در این اثبات نظری آن‌ها مبنی بر عدم وجود کریستال‌های زمان حفره‌ای وجود داشت که از دل آن این ساختارها خود را به عرصه ظهور رساندند.
اما مثل خیلی از رویدادهای دیگر درزمانی که کسی انتظارش را نداشت و از گوشه‌ای از دنیای فیزیک که کسی فکر نمی‌کرد نشانه‌های کریستال‌های زمان خود را نشان دادند.
شیواجی سندهی فیزیکدان نظری دانشگاه پرینستون و همکارانش به دنبال این بودند تا ببیند زمانی که یک ساختار مشخص کوانتومی را ایزوله می‌کنند که از یک اجتماع ذرات در حال واکنش باهم تشکیل‌شده است و به‌گونه‌ای منظم ضربان هایی را ایجاد می‌کند، چه اتفاقی رخ می‌دهد. کتب درسی می‌گویند دمای این سیستم باید افزایش‌یافته و درنهایت به آشوب برسد و از بین برود؛ اما در سال 2015 این گروه متوجه شدند می‌توانند در شرایط خاصی نوعی ترکیب مواد بسازند که در حالت تعادل انرژی خود قرار نداشته باشد و الگوی مشخصی را در طول زمان تکرار کند.
این نشانه‌ای از فرآیندی بود که درنهایت آن‌ها را به ساخت کریستال‌های زمانی نزدیک کرد.
دو گروه دانشمندانی که نتیجه تحقیقات آن‌ها در نیچر منتشرشده است توانسته‌اند سیستم‌هایی را معرفی کنند که به‌نوعی تقارن زمانی را می‌شکنند و ازنظر ریاضیاتی حداقل در تعریف کریستال زمانی جای می‌گیرند اما درباره اینکه واقعاً می‌توان آن‌ها را کریستال نامید یا نه بحث‌هایی وجود دارد. برخی معتقدند اگرچه این یافته‌ای مهم است اما کریستال نامیدن آن‌ها با توجه به مفهومی که بلورها و الگوی تکرار فضایی ترکیب اتمی آن‌ها دارند و نسبت دادن آن به‌تناوب این الگوها در زمان استفاده دقیقی از این واژه نیست.
گر این مواد و ترکیبات به‌طور گسترده‌تری موردبررسی قرارگرفته و طراحی شوند کاربردهای زیادی را می‌توان برای آن‌ها در نظر گرفت که ازجمله مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به محاسبات کوانتومی اشاره کرد.
برای اطلاعات بیشتر دراین‌باره می‌توانید مقاله نیوساینتیست را در این نشانی مطالعه کنید.
–
پوریا ناظمی
No tags for this post.