Τι είναι Ύλη;…
Εάν ανατρέξουμε εν συντομία στις κυριότερες Φιλοσοφικές θεωρήσεις για το τι είναι ύλη, θα διαπιστώσουμε ότι σύμφωνα με τον Αριστοτέλη η ύλη είναι η υπόσταση του υπάρχοντος, το είδος και η μορφή που έχει κάτι οντολογικά. Για τον Ντεκάρτ, η ύλη είναι αυτό που έχει μάζα και καταλαμβάνει κάποιο χώρο. Για τον Σπινόζα, τα πράγματα που υπάρχουν στη φύση είναι όλα μια πραγματικότητα ενώ ο Καντ θεωρούσε ύλη οτιδήποτε αισθητηριακά αντιληπτό. Στην κοινή επιστημονική αντίληψη, ωστόσο, παρ’ όλο που η έννοια της ύλης είναι θεμελιώδης, είναι δύσκολο να την εννοήσουμε εάν δεν αναφερθούμε στη δομή και τις ιδιότητές της· και, σε κάποιες περιπτώσεις, ίσως ακόμη και την αντιληψιμότητα και τη μέτρησή της.
Το 2012, ο τιμημένος με Νόμπελ Φυσικής Frank Wilczek, του ΜΙΤ, προέβλεψε θεωρητικά[1][2] την ύπαρξη των λεγόμενων χρονοκρυστάλλων (Time-Crystals). Οι συνήθισμένοι κρύσταλλοι όπως αυτοί του χαλαζία ή του πάγου, αποτελούνται από άτομα που καταλαμβάνουν καθορισμένες θέσεις, συγκροτώντας τρισδιάστατες περιοδικά επαναλαμβανόμενες δομές. Η στοιχειώδης επαναλαμβανόμενη δομή ονομάζεται κυψελίδα. Τα άτομα του Νατρίου και του Χλωρίου σε έναν κρύσταλλο άλατος, επί παραδείγματι, είναι έτσι κατανεμημένα ώστε να σχηματίζουν oκτάεδρα, τα οποία καταλήγουν σε μια κυβική κυψελίδα. Στους χρονοκρυστάλλους, εντούτοις, τα άτομα σχηματίζουν επαναλαμβανόμενα μοτίβα όχι μόνο στον χώρο αλλά και στον χρόνο. Ένας τρόπος με τον οποίο θα μπορούσε να συμβαίνει κάτι τέτοιο, θα μπορούσε να είναι ότι τα άτομα στον κρύσταλλο κινούνται με έναν συγκεκριμένο ρυθμό. Εφόσον υπήρχε ένας χρονοκρύσταλλος πάγου, λόγου χάρη, τότε όλα τα μόρια του νερού θα δονούνταν σε μια πανομοιότυπη συχνότητα, και αυτό χωρίς να χρειαστεί καμία εξωτερική παρεμβολή.
Δύο ομάδες ερευνητών από το Πανεπιστήμιο του Harvard και απ’ το Πανεπιστήμιο του Maryland, κατάφεραν να δημιουργήσουν χρονοκρυστάλλους βάσει ορισμένων θεωριών που διατυπώθηκαν στο Πανεπιστήμιο του Princeton και οι έρευνές τους αυτές δημοσιεύθηκαν πρόσφατα[1][2] στο επιστημονικό περιοδικό Nature. H ομάδα από το Harvard συνεργάστηκε με επιστήμονες από το Princeton οι οποίοι έπαιξαν καθοριστικό ρόλο στην εκ βάθους κατανόηση του θεωρητικού υποβάθρου με το οποίο και κατέστη δυνατή η δημιουργία των χρονοκρυστάλλων. Το 2015, ο καθηγητής Shivaji Sondhi απο το Princeton και η ομάδα του, μαζί με την υποψήφια Διδάκτορα Vedika Khemani καθώς και συνεργάτες του, Αχιλλεα Λαζαρίδη και τον Roderich Moessner από το Ινστιτούτο Φυσικής Πολύπλοκων Συστημάτων Max Planck στη Γερμανία, δημοσίευσε τη θεωρητική βάση για το πώς οι χρονοκρύσταλλοι θα μπορούσαν πραγματικά να υπάρχουν. Η εργασία τους δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Physical Review Letters τον Ιούνιο του 2016, και με την εργασία αυτή ξεκίνησαν περαιτέρω συζητήσεις για το πώς θα μπορούσαν να κατασκευαστούν οι χρονοκρύσταλλοι.
Και τα δύο συστήματα έδειξαν «χρονοκρυσταλλική» συμπεριφορά, σύμφωνα με τον Christopher Monroe, τον επικεφαλής της έρευνας στο Maryland, o οποίος αναφέρει: «Παρ’ όλο που οποιεσδήποτε εφαρμογές αυτής της εργασίας φαίνονται κάπως μακρινές, τα πειράματα που διενεργήσαμε μπορούν να μας βοηθήσουν να μάθουμε κάτι παραπάνω για τα εγγενή χαρακτηριστικά αυτής της πολύπλοκης κβαντικής κατάστασης».
Η όλη έρευνα θα μπορούσε ακόμη και να οδηγήσει σε ιδέες για το πώς να προστατέψουμε την πληροφορία σε έναν Κβαντικό Υπολογιστή, ο οποίος μπορεί να «επηρεαστεί» από εξωτερικές παρεμβολές. Ο εντοπισμός πολλών σωμάτων μπορεί να προστατεύσει την κβαντική πληροφορία, σύμφωνα με δημοσιευμένη έρευνα από τον David Huse, τον Cyrus Fogg Brackett καθώς και τον Sondhi και τους συνεργάτες του, Rahul Nandkishore, Vadim Oganesyan και Arijeet Pal. Η συγκεκριμένη εργασία, μάλιστα, βοήθησε τον καθηγητή του Princeton, F. Duncan Haldane, στην έρευνά του για τρόπους προστασίας των τοπολογικών φάσεων της ύλης. Για την εν λόγω έρευνα, ο F. Duncan Haldane έλαβε, μεταξύ άλλων, το Νόμπελ Φυσικής το 2016.
Με την όλη έρευνα, διαπραγματεύονται ορισμένες από τις πιο θεμελιώδεις ερωτήσεις που αφορούν τη φύση της ύλης. Μέχρι πρότινος, εάν ένα σύστημα δεν ερχόταν σε ισορροπία, δεν θα μπορούσαμε να πούμε ότι βρίσκεται σε συγκεκριμένη φάση. Πλέον μπορούμε να προσδιορίσουμε τη φάση της ύλης, όταν αυτή δεν βρίσκεται σε ισορροπία. Η δημιουργία των χρονοκρυστάλλων μας επιτρέπει να αντιληφθούμε νέες καταστάσεις μη αταξίας στο χωροχρόνο, κάτι που προηγουμένως θεωρείτο αδύνατο.
Για περισσότερες πληροφορίες:
https://www.technologyreview.com/s/426917/physicists-predict-the-existence-of-time-crystals/
https://www.technologyreview.com/s/602541/physicists-create-worlds-first-time-crystal/
http://news.berkeley.edu/2017/01/26/scientists-unveil-new-form-of-matter-time-crystals/
https://arxiv.org/abs/1610.08057
https://arxiv.org/abs/1508.06995
https://arxiv.org/abs/1609.08684
https://arxiv.org/pdf/1404.0686.pdf
http://www.nature.com/nature/journal/v543/n7644/full/nature21413.html
https://physics.aps.org/articles/v9/76
