نحن نميل إلى التفكير في الذوبان باعتباره عملية واضحة نسبيًا، أي انزلاق المادة الصلبة تدريجيًا نحو الإنتروبيا السائلة.

هناك مادة واحدة على الأقل في الكون لديها طريقة مختلفة للقيام بذلك.

في شكل غريب من المادة يعرف باسم أ كريستال الزمكان، يمكن للزمان والمكان أن يذوبا بشكل مستقل.

باستخدام تجربة منضدية تتراقص فيها مئات الأقراص البلاستيكية على لوح اهتزازي، لاحظ الفيزيائيون في جامعة شنغهاي جياو تونغ في الصين ذوبان بلورات الزمكان لأول مرة – ووجدوا أن العملية تتم في ثلاث مراحل متميزة.

الاكتشاف الذي نشر في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلومويقدم للفيزيائيين فرصتهم الأولى لمشاهدة كيف أن هذا غير عادي حالة المادة ينهار.

قد تستحضر كلمة “كريستال” مناشير متلألئة من الصخور الشفافة، لكنها تشير في الفيزياء إلى كيفية ترتيب الذرات في المادة.

البلورة هي مادة صلبة تشكل فيها الذرات شبكة ثلاثية الأبعاد مرتبة للغاية وتتكرر في الفضاء – أي أن أي جزء من الشبكة يمكن أن يتراكب بشكل مثالي مع أي جزء آخر من الشبكة.

بلورة الزمكان هي تلك التي يتكرر فيها البناء ليس فقط في الفضاء ولكن أيضًا في الزمان. ال تذبذبات الذرات تشكيل إيقاع متكرر ومستقر التي تدور مرارا وتكرارا.

لا يزال الفيزيائيون يحاولون فهم حالة المادة هذه، لكن من الصعب بناء بلورات الزمن والحفاظ على استقرارها بدرجة كافية لاستكشاف خصائصها.

إحدى أفضل الطرق لفهم حالة المادة هي مراقبة كيف تفقد نظامها.

بالنسبة للبلورات العادية، عقود من الدراسة ذوبان لقد علموا الفيزيائيين عن الظواهر الفيزيائية مثل العيوب, كسر التماثل، و التحولات المرحلة. لذا فمن المنطقي أن مشاهدة ذوبان بلورات الزمكان قد يؤدي أيضًا إلى الحصول على معلومات.

قد تشكل بلورات الزمكان الكمومي تحديات كبيرة لمثل هذه الملاحظة، لذلك تحول الباحثون إلى بديل مجرب وحقيقي: التناظري الكلاسيكي.

رسم تخطيطي يوضح التجربة. (ليو وآخرون، بناس، 2026)

يتكون هذا النظام من سطح مستوٍ يهتزه الباحثون بمعدل 100 هرتز (100 مرة في الثانية).

انها قليلا مثل أ الأجر البارد، ولكن مع فارق واحد حاسم. على صفيحة كلدني، تهاجر حبات الرمل حتى تحدد أوضاع وقوف التردد.

بدلًا من حبيبات الرمل، تستخدم هذه التجربة أقراصًا بلاستيكية صغيرة، لكل منها ستة أرجل مائلة تشبه الدبوس في الجانب السفلي. وفي كل مرة تتحرك فيها اللوحة، تصطدم بها الأرجل للحظة وجيزة فقط، مما يؤدي إلى ركلات عشوائية من القوة الدافعة.

لذا، بدلًا من الترتيب الدقيق لحبيبات الكلادني، تهتز الأقراص بشكل فوضوي.

ولكن إذا قمت بتجميع ما يكفي منها معًا على السطح، يحدث شيء رائع.

تنتظم الأقراص تلقائيًا في بلورة مثلثة بينما تبدأ الشبكة بأكملها في الدوران كجسم صلب واحد، مكملة دورة واحدة كل 5 ساعات تقريبًا. يمكن أن تستمر هذه الحركة المتزامنة لمدة يوم تقريبًا على الرغم من الضوضاء الكبيرة.

ترتيب الجسيمات من غير المنتظم (يسار) إلى أمر (يمين). (ليو وآخرون، بناس، 2026)

ومن الأهمية بمكان أن هذه الحركة التي تستغرق 5 ساعات تختلف عن اهتزاز اللوحة البالغ 100 هرتز. وبالتالي فإن التذبذب طويل الأمد ينشأ بشكل مستقل عن القيادة، التي تزود الأقراص بالطاقة فقط.

للحث على سيناريو الذوبان، قام الباحثون بإزالة بعض الأقراص لتقليل الكثافة. وبدلاً من التراجع نحو الفوضى الأولية بطريقة تدريجية، ذابت البلورة على ثلاث مراحل متميزة.

ينصهر النظام المكاني والزماني بشكل منفصل في بلورة الزمكان، مما ينتج عنه حالات متوسطة من السائل السداسي والبلور الزمني المائع قبل فقدان كلا الشكلين من النظام. (ليو وآخرون، بناس، 2026)

أولاً، بدأ التوقيت المتزامن بالفشل في البقع المحلية بينما واصلت بقية البلورة رقصها.

ثم انهار الإيقاع تمامًا، حتى مع احتفاظ البلورة بالكثير من نظامها المكاني.

أخيرًا، انفصلت الشبكة نفسها وأصبحت مشابهة للسائل المضطرب.

وجد الباحثون أن عمليتين فيزيائيتين مختلفتين تؤديان إلى الذوبان. ينبع فقدان النظام الزمني من ضعف التفاعلات بين الجسيمات، بينما يحدث انهيار البلورة نفسها مع انتشار العيوب عبر الشبكة.

تشير هذه النتيجة إلى أن القواعد التي تحكم النظام في الزمان تختلف اختلافًا جوهريًا عن تلك التي تحكم النظام في المكان.

متعلق ب: يشرح وايلد بيبر أن “بلورات” الزمكان يمكن أن تنهار لتشكل ثقوبًا سوداء صغيرة

هذا لا يعني أن جميع بلورات الزمكان تنصهر بهذه الطريقة، لكنه يوضح أن المكان والزمان يمكن أن ينفصلا عن بعضهما البعض أثناء الذوبان، وهو اكتشاف يفتح طرقًا جديدة لاستكشاف التحولات الطورية في الأنظمة الكلاسيكية.

“تكشف نتائجنا التجريبية عن سيناريو ذوبان معقد ثلاثي المراحل، حيث ينصهر النظام البلوري المكاني والزماني عند قيم حرجة متميزة ومن خلال آليات فيزيائية مختلفة، مما يدعم استقلالية تناظرات الزمكان هذه.” يكتب.

“تثبت النتائج التي توصلنا إليها وجود أطوار بلورية غريبة خارجة عن التوازن للمادة في الزمكان وتفتح طرقًا جديدة لتحقيق الأنظمة الكلاسيكية العيانية التي تظهر أنماطًا معقدة لكسر التماثل الزماني المكاني.”

وقد تم نشر النتائج في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.

إقرأ المزيد