KOCKA leda je kristal u kojem su molekule vode precizno raspoređene u pravilnu rešetku. Kada se otopi, taj red nestaje i kristalna struktura ustupa mjesto fluidnom stanju, ali čak i tada molekule zadržavaju određenu lokalnu strukturu. Fizičari su se zapitali što bi se dogodilo kada bi se na sličan način mogao otopiti kristal čija se struktura ponavlja u vremenu, a ne samo u prostoru. Rezultat bi, prema njihovoj teoriji, bio novo stanje materije nazvano "vremenska tekućina", piše Science Alert.

Što su vremenski kristali

Dok se uzorak klasičnog kristala, poput dijamanta ili leda, ponavlja u prostoru, vremenski kristal ponavlja svoj uzorak u vremenu. Riječ je o jednom od fascinantnijih fenomena moderne fizike. Vremenske kristale pokreće vanjski izvor, primjerice laser, ali oni ne osciliraju u istom ritmu. Umjesto toga, njihov ritam je stabilna frakcija ritma vanjskog izvora, primjerice jedan otkucaj kristala na svaka dva otkucaja lasera. Taj je ritam izrazito otporan na manje vanjske smetnje.

Teorijski model 'taljenja'

Tim fizičara, predvođen Zuom Wangom i Mariosom H. Michaelom s Instituta Max Planck, odlučio je istražiti što se događa kada pokretačka sila nije stabilna, nego je sustav izložen nepredvidivim fluktuacijama. Razvili su teorijski model koji se sastoji od dvodimenzionalne rešetke interaktivnih spinova, nalik mreži sićušnih magnetskih igala. Ta je rešetka bila povezana s elektromagnetskom šupljinom.

Umjesto preciznog vanjskog izvora, sustav su pokretale nasumične toplinske fluktuacije, slično kao da se sustav zagrijava. Te fluktuacije uzrokovale su oscilacije elektromagnetskog polja u šupljini, a one su potom utjecale na spinove i poticale ih na interakciju.

Iako nije postojao precizan vanjski ritam, sama šupljina ima prirodnu rezonantnu frekvenciju koja je fluktuacijama davala približan takt.

Pojava vremenske tekućine

Simulacije su pokazale da su pod određenim uvjetima spinovi počeli oscilirati na polovici frekvencije šupljine, iako su ih pokretale nepravilne fluktuacije.

Međutim, to nije bio običan vremenski kristal. Iako su spinovi uglavnom održavali svoj karakterističan ritam, povremeno bi ispadali iz takta. Istraživači te prekide nazivaju "vremenskim solitonima" - defektima u vremenskom poretku koji narušavaju dugoročnu koherentnost, ali ne uništavaju osnovni ritam.

Upravo je to ključna značajka. Kao što tekuća voda zadržava lokalnu strukturu nakon što se raspadne dugoročni red njezine kristalne rešetke, tako su i simulirani spinovi zadržali kratkoročni vremenski red, dok se dugoročna koherentnost gubila. To stanje istraživači su nazvali diskretnom vremenskom tekućinom.

Red koji nastaje iz nereda

Jedan od najzanimljivijih rezultata jest da su toplinske fluktuacije bile nužne za stvaranje reda. Na niskim temperaturama fluktuacije su bile preslabe da bi stvorile karakterističan uzorak.

Na visokim temperaturama postale su prejake i red se potpuno raspao. Uređeno stanje pojavljivalo se samo u srednjem temperaturnom rasponu. To znači da dodavanje topline, odnosno nereda, može stvoriti red, ali samo do određene granice.

"Najupečatljiviji aspekt diskretnih vremenskih tekućina, i kvantnih i klasičnih, jest ideja da diskretni vremenski kristal s konačnom gustoćom topoloških vremenskih defekata može u prosjeku obnoviti simetriju translacije vremena", pišu fizičari u radu objavljenom na repozitoriju arXiv.

Značaj i budućnost istraživanja

Ovo otkriće važno je zbog koncepta simetrije translacije vremena, principa prema kojem zakoni fizike funkcioniraju jednako bez obzira na to kada ih promatrate. Vremenski kristal narušava tu simetriju jer uspostavlja ponavljajući uzorak koji izdvaja određene trenutke.

U simuliranoj vremenskoj tekućini, povremeni prekidi ritma znače da te razlike u prosjeku mogu nestati. To otvara mogućnost da bi vremenska tekućina mogla postojati čak i u toplinskoj ravnoteži, stanju u kojem se smatralo da se konvencionalni vremenski kristali ne mogu formirati.

Zasad je sve ovo isključivo teorijski. Istraživači još nisu eksperimentalno potvrdili ovakvo stanje materije. Ipak, treba podsjetiti da su i vremenski kristali, kada je koncept prvi put predložen, smatrani nemogućima. Ako se postojanje vremenske tekućine dokaže, otkrit će nam nešto novo o složenom odnosu reda i kaosa u svemiru.