تعتبر الحالات الغريبة للمادة المعروفة باسم بلورات الزمن ظاهرة كمومية إلى حد كبير. الآن، فريق من جامعة نيويورك (NYU) وقد أظهرت أن الكلاسيكية كريستال الوقت يمكن أن تظهر بطريقة أبسط بكثير – باستخدام لا شيء سوى مكبرات الصوت والستايروفوم.

قد لا يكون هذا النظام مجرد مثال نظيف للغاية لبلورة زمنية كلاسيكية، بل أ مختبر أنيق حقا للدراسة التفاعلات غير المتبادلة على نطاق مجهري، حيث تتفاعل الجسيمات من خلال موجات صوتية متناثرة بدلاً من القوى المباشرة المتوازنة.

“إن بلورات الزمن رائعة ليس فقط بسبب الاحتمالات، ولكن أيضًا لأنها تبدو غريبة ومعقدة للغاية.” يقول عالم الفيزياء في جامعة نيويورك ديفيد جرير.

“نظامنا رائع لأنه بسيط بشكل لا يصدق.”

بلورات الوقت, تنبأ لأول مرة في عام 2012، بل إنها أغرب مما يوحي به اسمهم. المصطلح لا يصف شيئًا ما، بل يصف نوعًا من السلوك، وكل ذلك يتعلق بكيفية تكرار الأنماط.

في الأجسام البلورية، مثل الكوارتز والماس والملح ومجموعة كاملة من المعادن، يتم ترتيب الذرات في بنية شبكية مرتبة تتكرر في فضاء ثلاثي الأبعاد، مثل المفاصل بين قضبان صالة الألعاب الرياضية في الغابة. يمكن لأي جزء من النموذج أن يتراكب بشكل مثالي على أي جزء آخر من النموذج.

أ كريستال الوقت هو ترتيب من الجسيمات التي تتكرر بمرور الوقت، وتتأرجح بنمط زمني يتكرر بطريقة يمكن أيضًا تركيبها، تمامًا مثل البلورة المكانية. والأهم من ذلك، أن هذا التذبذب المستمر يكسر التناظر الزمني، ويعمل دون أن يتم ضبطه بواسطة ساعة تكتكة خارجية أو محرك دوري، وبتردد ينبثق من التفاعل نفسه.

العديد من بلورات الزمن التجريبية هي أنظمة كمومية تعتمد على حالاتها المتشابكة. اكتشف جرير وزملاؤه، الفيزيائيان ميا موريل وليلا إليوت من جامعة نيويورك، نظامهم الكلاسيكي عن طريق الصدفة تقريبًا أثناء التحقيق في فئة مختلفة من التفاعلات الفيزيائية.

صغير الحجم البوليسترين تعتبر الخرزات، التي يبلغ عرضها ملليمترًا أو اثنين فقط، أدوات ممتازة لدراسة الطريقة التي تتفاعل بها الأشياء بشكل غير مباشر عبر الموجات الصوتية. إنها خفيفة للغاية، مما يعني أنها يمكن أن تكون كذلك يتم رفعها باستخدام الموجات الصوتية، ولكن تتمتع بالسلامة الهيكلية الكافية لتظل صلبة تحت القوى الصوتية. لديهم أيضًا اختلافات طفيفة في الحجم والشكل، وهو أمر بالغ الأهمية لدراسة التفاعلات غير المتبادلة.

أجرى العلماء تجاربهم كجزء من أبحاثهم المستمرة في هذه التفاعلات. أولاً، تم تعديل مجموعة مكبرات صوت صغيرة لإنتاج موجة صوتية ثابتة متوازن تماما في الهيكل، مع عدم وجود إيقاع مفروض. بعد ذلك، تم إدخال الخرزات، مما أحدث اضطرابًا بسيطًا ارتدت منه الموجات الصوتية.

“تؤثر الموجات الصوتية على الجسيمات – تمامًا كما يمكن للموجات الموجودة على سطح البركة أن تمارس قوى على ورقة شجر عائمة” يقول موريل.

“يمكننا رفع الأجسام ضد الجاذبية عن طريق غمرها في مجال صوتي يسمى الموجة الدائمة.”

ثم تتفاعل الخرزتان عبر الموجات التي ينثرها كل منهما. ستؤدي الخرزة الأكبر قليلًا إلى حدوث اضطراب أكبر من الخرزة الأصغر؛ وبالتالي فإن القوة التي تؤثر بها على الخرزة الأصغر ستكون أكبر من القوة التي تؤثر بها الخرزة الأصغر على الخرزة الأكبر.

وهذا هو المقصود بالتفاعل غير المتبادل، وهو شائع في الصوتيات والبصريات، ولكنه عادةً ما يكون صغيرًا ويصعب عزله تجريبيًا.

باستخدام أجهزتهم للتحقيق في هذه الظاهرة، وجد الباحثون أنه عندما تكون الظروف مناسبة تمامًا، فإن التفاعل بين الخرزتين يتسبب في تأرجحهما بنمط زمني، دون أن يهتز أي شخص أو يدفع أو يصدر أي إيقاع.

متعلق ب: العالم أولاً: ابتكر الفيزيائيون بلورة زمنية كمومية يمكننا رؤيتها بالفعل

يمكن أن تحافظ الخرزات على نمط متكرر ثابت لساعات، وتستقر في حالة ثابتة قوية بدلاً من التقلبات العابرة. وخرزتين فقط؟ هذا هو أصغر نظام ممكن يحتمل أن يتصرف كبلورة زمنية.

قد لا تكون هناك أي تطبيقات عملية حتى الآن، ولكن النتائج قد تغري ببعض المساعي التجريبية الأخرى. على سبيل المثال، بعض الأنظمة الكيميائية الحيوية في أجسامنا تتفاعل بشكل غير متبادل. هذا لا يعني أن إيقاعات الساعة البيولوجية لدينا هي بلورات زمنية، ولكنها تثير أسئلة ممتعة حول ما إذا كانت مبادئ مماثلة يمكن أن تظهر في علم الأحياء.

كما يوضح أيضًا أننا لا نحتاج بالضرورة إلى معدات باهظة الثمن وعالية التقنية للتحقيق في بعض السلوكيات الأكثر غرابة في العالم المادي. في بعض الأحيان، يبدو أنه يمكنك الاكتفاء باستخدام الستايروفوم وربما مضخم الصوت.

وقد تم نشر النتائج في رسائل المراجعة البدنية.