Sciencemag.cz
Doporučujeme
Vědci vyrobili časový krystal na bázi běžných tekutých krystalů. Lze se na něj přímo podívat a vidět ho „v chodu“ – jako by šlo o neustále běžící hodinový strojek (analogie), který nepotřebuje zvnějšku žádnou energii (vlnění na vodě není časový krystal atd.). Samozřejmě přitom nekoná práci. Jak praví základní teorie, časový krystal je prostě obdobou běžného krystalu, příslušný periodicita se ovšem nerealizuje v prostoru, ale v čase.
Hlavní autor studie Hanqing Zhao z University of Colorado v Boulderu uvádí, že krystal se dá pozorovat pod mikroskopem a za určitých okolností i přímo zrakem.
V rámci studie vědci navrhli skleněné buňky naplněné tekutými krystaly – v tomto případě molekulami ve tvaru tyčinek, které se chovají částečně jako pevná látka a částečně jako kapalina. Když se na ně posvítí, začnou tekuté krystaly vířit a pohybovat se podle vzorů, které se opakují v čase. Pod mikroskopem tyto vzory připomínají psychedelické tygří pruhy a mohou se pohybovat celé hodiny.
(Poznámka: Zde mimochodem podobně jako v jiných případech vzniká otázka, jak je to tedy s nezávislostí systému na dodání energie zvnějšku. Starší diskuse např. zde. A viz ještě dále.)
Nositel Nobelovy ceny za fyziku Frank Wilczek poprvé navrhl myšlenku časových krystalů v roce 2012. Wilczekův původní koncept se ukázal jako nerealizovatelný, ale v následujících letech vědci vytvořili fáze hmoty, které se mu přibližují.
V roce 2021 například fyzici použili kvantový počítač Google Sycamore k vytvoření speciální sítě atomů. Když tým na tyto atomy působil laserovým paprskem (poznámka: opět – dodání energie, viz výše), docházelo k jejich fluktuacím, které se několikrát zopakovaly.
V nové studii se Zhao a Ivan Smalyukh rozhodli zjistit, zda by mohli dosáhnout podobného výsledku s tekutými krystaly. Pokud se tyto molekuly stlačují správným způsobem, seskupí se tak těsně, že vytvoří stočené spirály (kinks, twists). Ty se pohybují a za určitých podmínek se mohou chovat jako samostatné částice a začnou mezi sebou interagovat.
Smalyukh a Zhao vložili roztok tekutých krystalů mezi dva kusy skla potažené molekulami barviva. Samotné vzorky zůstávaly většinou nehybné. Když je však skupina ozářila určitým druhem světla, molekuly barviva změnily svou orientaci a stlačily tekuté krystaly. Během tohoto procesu se náhle vytvořil vlastní časový krystal.
Příslušné periodicky se vracející vzory bylo velice těžké rozbít. Nešlo to snižováním a ani zvyšování teploty.
Autoři studie tvrdí, že jejich časové krystaly by dokonce mohly mít i praktické využití. Vlády by například mohly přidat tyto materiály do bankovek, aby se obtížněji padělaly – stačilo by posvítit na „časový vodoznak“ a sledovat vzor, který se objeví. Skládáním několika různých časových krystalů na sebe lze pak vytvořit ještě složitější vzory, které by potenciálně mohly umožnit ukládat obrovské množství digitálních dat.
Hanqing Zhao et al, Space-time crystals from particle-like topological solitons, Nature Materials (2025). DOI: 10.1038/s41563-025-02344-1
Zdroj: University of Colorado, Boulder, přeloženo / zkráceno
Poznámky PH:
No nevím, jako ochrana bankovek je toto asi zbytečně složité? A pro ukládání dat velmi nespolehlivé?
Umělá inteligence (Gemini) praví: časový krystal se na rozdíl od prostorového nenachází v základním stavu (s nejnižší energií). Zanikl by proto disipací energie. Energie se musí dodávat. Jak se to potom liší od běžného oscilátoru? Frekvence tohoto pohybu je nezávislá na frekvenci a síle vnějšího buzení. To je podstata časového krystalu – perioda jeho oscilace je inherentní vlastností systému, nikoliv vynucená vnějším zdrojem. Tolik LLM.
Počítačová simulace ukazuje vnitřní fungování časového krystalu. Paprsek světla (modrá šipka) způsobuje změnu orientace molekul barviva (červené tyčinky), což pohání pohyb v kapalných krystalech pod nimi. Kredit: Smalyukh Lab
Skládáním několika časových krystalů na sebe lze vytvářet složitější vzory, včetně „časového čárového kódu“. Kredit: Smalyukh Lab
