Plovoucí časový krystal zpochybňuje Newtonův zákon pohybu a otevírá cestu k revoluci v kvantových technologiích

Vědci z Newyorské univerzity nedávno vytvořili nový typ časového krystalu, který zdánlivě porušuje jeden ze základních fyzikálních zákonů – třetí Newtonův zákon pohybu.

Fyzici z Newyorské univerzity v USA vytvořili nový typ časového krystalu, který využívá zvukové vlny a u kterého se zdá, že částice porušují slavný Newtonův třetí zákon pohybu. Částice v tomto časovém krystalu se pohybují nepravidelným, nerecipročním způsobem, což otevírá nové možnosti pro technologii a průmysl.

Newtonův třetí zákon pohybu, který říká, že každá akce má stejnou a opačnou reakci, je základem mnoha aplikací v našem světě. Od raketových motorů přes odrážení míče, plavání ryb až po skákání dětí na trampolíně – vše lze vysvětlit pomocí tohoto zákona. Technicky řečeno, zákon také uvádí, že síly se vždy vyskytují v párech. Pokud jsou síly nevyvážené, způsobí to změnu stavu pohybu objektu. Pokud však objekt Newtonův třetí zákon nedodržuje, může to otevřít nové hranice ve vědě a technologii.

Časové krystaly jsou neobvyklou formou hmoty složené z částic, které oscilují podobně jako kyvadlo. Po letech předpovědí, že časové krystaly by mohly existovat i v reálném světě, vědci vytvořili první časový krystal před téměř deseti lety a od té doby objevili několik typů časových krystalů, z nichž každý má jedinečné vlastnosti, které by mohly být použity pro různé aplikace. „Časové krystaly jsou fascinující nejen kvůli možnostem, ale také proto, že se zdají tak exotické a komplikované,“ uvedl David Grier, profesor fyziky z Centra pro výzkum měkké hmoty na NYU.

Pod Grierovým vedením vytvořili výzkumníci Mia Morrell a Leela Elliot novou verzi časového krystalu, kde se drobné krystaly vyrobené z polystyrenových kuliček vznášely na polštáři zvuku a mohly být posouvány pomocí zvukových vln. V tomto uspořádání slouží zvuk jako akustický levitátor, který udržuje kuličky zavěšené ve vzduchu. „Zvukové vlny působí na částice stejně jako vlny na hladině rybníka mohou působit na plovoucí list,“ vysvětlila Morrell v tiskové zprávě. „Můžeme levitovat objekty proti gravitaci tím, že je ponoříme do zvukového pole zvaného stojatá vlna.“

Levitující kuličky na sebe vzájemně působí rozptylem zvukových vln. Větší kuličky rozptylují více zvuku než menší a proto mají větší vliv na menší kuličky než naopak. To vytváří nerovnováhu v tom, jak se kuličky mohou navzájem ovlivňovat. „Představte si dva trajekty různých velikostí, které se blíží k doku,“ dodala Morrell. „Každý z nich vytváří vodní vlny, které tlačí ten druhý, ale v různé míře, v závislosti na jejich velikosti. Jelikož jsou tyto vlny přenášeny zvukovými vlnami, nejsou omezeny Newtonovým třetím zákonem.“

Zatímco předchozí experimenty s časovými krystaly byly provedeny, tento je odlišný i tím, že funguje v zařízení vysokém asi jeden metr a je viditelný pouhým okem. „Náš systém je pozoruhodný, protože je neuvěřitelně jednoduchý,“ řekl Grier v tiskové zprávě. Studie a zařízení pravděpodobně pomohou výzkumníkům pochopit biologické systémy, jako jsou cirkadiánní rytmy, a nereciproční procesy, například jak tělo rozkládá potravu.