يقترح الفيزيائيون حالة جديدة غريبة للمادة: سائل يمكن أن يتدفق في الوقت المناسب

مكعب الثلج كما نعرفه عمومًا عبارة عن بلورة، وجزيئات الماء فيه مرتبة بشكل أنيق في شبكة سداسية منظمة. وعندما يذوب، يذوب هذا الترتيب، مما يفسح الترتيب البلوري طويل المدى المجال لفوضى السوائل. ومع ذلك، حتى في هذا الاضطراب الواضح، تحتفظ الجزيئات ببعض مظاهر البنية، وتتفاعل مع جيرانها المباشرين. وهذا ترتيب مكاني. ولكن ماذا لو حدث شيء مماثل لبلورة لا توجد بنيتها في الفضاء فحسب، بل في الزمان أيضًا؟ إذا كانت ظاهرة تُعرف باسم البلورة الزمنية يمكن أن تذوب بنفس الطريقة التي يذوب بها مكعب الجليد، فقد تؤدي إلى حالة من المادة تُعرف باسم السائل الزمني – وهي حالة تحتفظ بالنظام الزمني قصير المدى حتى مع ذوبان تماسكها على المدى الطويل. إذا تم إثباته تجريبيًا، يمكن أن يوفر السائل الزمني للفيزيائيين طريقة جديدة للتحقيق في كيفية استجابة المادة للتقلبات في بيئتها – وكيف يمكن للنظام أن ينبثق مما ينبغي أن يحدث. “الجانب الأكثر لفتًا للانتباه في سوائل الزمن المنفصلة، الكمومية والكلاسيكية، هو فكرة أن بلورة زمنية منفصلة ذات كثافة محدودة من عيوب الزمن الطوبولوجية يمكنها استعادة تناظر الترجمة الزمنية في المتوسط”، كما كتب علماء الفيزياء بقيادة زو وانغ وماريوس إتش مايكل من معهد ماكس بلانك لفيزياء الأنظمة المعقدة في ألمانيا. وقد تم تحميل نتائجهم، التي لم تتم مراجعتها بعد من قبل النظراء، لطباعة خادم arXiv مسبقًا. إطار الحدود = “0” سماح = “مقياس التسارع؛ التشغيل التلقائي؛ الكتابة في الحافظة؛ الوسائط المشفرة؛ جيروسكوب؛ صورة داخل صورة؛ web-share” Referrerpolicy=”strict-origin-when-cross-origin”allowfullscreen> تعد بلورات الوقت واحدة من أكثر الظواهر الرائعة في الفيزياء الحديثة. تصور مكعب الثلج في رأسك – إذا تمكنت من تقليص حجمه إلى المقياس الجزيئي والنظر إليه، فإن شبكته ستشبه صالة ألعاب رياضية في الغابة سداسية، مع تكرار النمط في مساحة ثلاثية الأبعاد. تأخذ بلورة الوقت هذه الفكرة إلى أبعد من ذلك – فبدلاً من مجرد تكرار نمط عبر الفضاء، فإنها تكرر نمطًا من السلوك صاغ الباحثون عملهم على أساس مبادئ نوع من بلورة الزمن تسمى بلورة الزمن المنفصلة. النمط المتكرر لبلورة الزمن المنفصلة ليس مجرد تذبذبات عادية للذرات، بل يحركها مصدر خارجي مثل الليزر، ولكنه يصدر نبضة مختلفة. هل تكون البلورة غير مستقرة، بدلًا من إيقاع ثابت، تتعرض لإيقاع يتقلب بشكل غير متوقع؟ هذا ما أراد وانغ وزملاؤه التحقيق فيه، وسيصبح الأمر صعبًا بعض الشيء من الناحية النظرية، لذا اصبروا علينا. طور الباحثون نموذجًا نظريًا يتكون من شبكة ثنائية الأبعاد من الدورات المتفاعلة – فكر في ورقة بها شبكة أنيقة من الأسهم المغناطيسية الصغيرة مثل إبر البوصلة. كانت هذه الشبكة مقترنة بتجويف كهرومغناطيسي ضع ورقة الأسهم في حجرة مجوفة مثل الجرس الذي يحتوي على مجال كهرومغناطيسي. الآن تخيل أنك بدلاً من ضرب الجرس بمطرقة، تقوم بتسخينه. تتسبب التقلبات الحرارية العشوائية في تذبذب المجال الكهرومغناطيسي، وتؤثر تلك التذبذبات على الأسهم، مما يشجعها على الدوران والتفاعل مع جيرانها. نظرًا لأن التجويف له تردد رنين طبيعي، فإن التقلبات تنتج إيقاعًا تقريبيًا، على الرغم من أنه لا أحد يتعمد ضبط الوقت. من الأسهم هو النظام الذي يمكنه إظهار السلوك البلوري الزمني. المجال الكهرومغناطيسي المتقلب هو المحرك. وعندما أجرى الباحثون عمليات المحاكاة، ظهر شيء مفاجئ. في ظل الظروف المناسبة، بدأت الدورات تتحرك بنصف تردد التجويف، على الرغم من أن التقلبات التي تحركها لم تكن منتظمة. لكنها لم تكن مثل بلورة زمنية منفصلة عادية. على الرغم من أن الدورات حافظت على إيقاعها المميز بشكل عام، إلا أنها انحرفت أحيانًا عن الخطوة، وتحولت بين نسختين متكافئتين. يطلق الباحثون على هذه الانقطاعات اسم “العزلات الزمنية” – وهي عيوب في النظام الزمني التي تعطل التماسك طويل المدى دون تدمير الإيقاع الأساسي. لقد قمنا بتجميع المختبر الوهمي، ولكن تحملنا لفترة أطول قليلاً، لقد اقتربنا من الوصول إلى السائل. وهذا هو المكان الذي نعود فيه إلى مكعب الجليد الذائب. تمامًا كما يحتفظ الماء السائل ببعض البنية المحلية حتى بعد انهيار النظام طويل المدى لشبكته البلورية، احتفظت السبينات المحاكاة. هذه هي الحالة التي أطلق عليها الباحثون اسم السائل الزمني المنفصل. وهنا تطور غريب آخر: لم تكن التقلبات الحرارية تعطل السبينات فحسب، بل كانت مسؤولة عن تغيير نمطها المنظم. في درجات الحرارة المنخفضة، كانت التقلبات أضعف من أن تنتج النمط المتكرر المميز، وفي درجات الحرارة المتوسطة، انخفضت التقلبات إلى إيقاعها لقد انهار النظام تمامًا مثل عصيدة جولديلوكس، مما جعل مختبرنا الغريب أكثر ازدحامًا. ما يعنيه ذلك هو أن إضافة الحرارة يمكن أن يخلق النظام بالفعل – ولكن إلى حد ما فقط. فلماذا يرغب أي شخص في جعل المعادل الفيزيائي للعصيدة المقدمة في جرس ساخن ومتبل بإبر البوصلة ومكعبات الثلج (يومو). حسنًا، هناك سبب واحد له علاقة بما يسمى تناظر الترجمة الزمنية – مبدأ القوانين؟ تعمل الفيزياء بنفس الطريقة بغض النظر عن وقت مراقبتها، حتى لو كانت الظواهر التي تحكمها هذه القوانين تتصرف بشكل مختلف مع مرور الوقت. تكسر بلورة الزمن هذا التناظر من خلال إنشاء نمط متكرر يميز لحظات معينة عن اللحظات الأخرى. ولكن في السائل الزمني الذي تمت محاكاته، تعني التبديلات العرضية بين إصدارات مختلفة من الإيقاع أنه في المتوسط، يمكن أن تختفي هذه الاختلافات، ويحتفظ النظام بالنظام الزمني المحلي دون الحفاظ على نمط واحد متماسك إلى أجل غير مسمى. وهذا يزيد من احتمال وجود سائل زمني حتى في الظروف الحرارية. التوازن، وهي حالة من غير المتوقع أن تتشكل فيها البلورات الزمنية التقليدية. في الوقت الحالي، يظل كل هذا نظريًا بحتًا. لم يدرك الباحثون بعد هذا الخليط الغريب تجريبيًا، على الرغم من أنهم حددوا بعض الاحتمالات والقيود المحتملة. عندما تم اقتراح فكرة البلورة الزمنية لأول مرة، اعتقد العديد من الفيزيائيين أنها مستحيلة، لذلك قد نرى سائلًا زمنيًا. وإذا فعلنا ذلك، فسوف يكشف شيئًا جديدًا حول العلاقة الغريبة بين النظام والفوضى. arXiv تم التحقق من صحة هذه المقالة بواسطة فيونا ماكدونالد وتم تحريرها بواسطة فيونا ماكدونالد، بينما نفخر بعمليتنا، فنحن بشر فقط إذا اكتشفت خطأ ما، فيرجى إخبارنا بذلك.