أنشأ العلماء أول بلورات زمنية مرئية على الإطلاق باستخدام الضوء، ومن الممكن أن تظهر يومًا ما على الأوراق النقدية من فئة 100 دولار

طوّر العلماء أول بلورات زمنية يمكن رؤيتها بالعين البشرية، ويمكن أن تشق طريقها يومًا ما إلى الأوراق النقدية من فئة 100 دولار.

تنبثق البلورات الزمنية من الالتواءات التي تظهر عندما يتم تسليط الضوء على البلورات السائلة، وهي نفسها الموجودة داخل شاشات LCD.

على عكس البلورات الزمنية السابقة، فإن “خطوط النمر المخدرة” هذه مرئية، كما يقول الباحثون قال في بيان. وهذا يمنح العلماء نافذة جديدة لاستكشاف هذا الأمر الغريب مرحلة المادة ولها أيضًا عدد من التطبيقات العملية، بدءًا من الاتصالات السلكية واللاسلكية وحتى تصميمات مكافحة التزييف وتخزين البيانات. نشر الباحثون النتائج التي توصلوا إليها في 4 سبتمبر في المجلة مواد الطبيعة.

“يمكن ملاحظتها مباشرة تحت المجهر، وحتى بالعين المجردة في ظل ظروف خاصة”، كما يقول المؤلف الرئيسي للدراسة هانكينغ تشاووقال طالب دراسات عليا في قسم الفيزياء بجامعة كولورادو بولدر في البيان.

تم اقتراحه لأول مرة في عام 2012 من قبل جائزة نوبل– عالم فيزياء فائز فرانك ويلتشيكالبلورات الزمنية عبارة عن مجموعات من الجسيمات التي تتكرر بمرور الوقت، تمامًا مثل البلورات الأخرى التي تتكرر في الفضاء. هذا السلوك يثير اهتمام الفيزيائيين، فالقوانين الفيزيائية متناظرة تمامًا في المكان وفي الغالب في الزمان، مما يؤدي إلى نتائج متماثلة بغض النظر عن اتجاهها في المكان أو الزمان.

لكن البلورات تكسر هذا التناظر، وترتب نفسها في الاتجاه المكاني المفضل. وهذا يعني أنه على الرغم من احتفاظ القوانين الفيزيائية بتناظرها الأساسي، إلا أن هذه القوانين تخلق نتائج مختلفة للبلورات اعتمادًا على الاتجاه الذي تؤثر فيه.

متعلق ب: كشف العلماء النقاب عن نوع جديد من “بلورة الزمن” التي تتحدى فهمنا التقليدي للوقت والحركة

وبنفس الطريقة التي تكسر بها البلورات التماثل في المكان، فإن بلورات الزمن تكسرها في الزمن. إنها موجودة بأقل طاقة ممكنة يسمح بها ميكانيكا الكم، وتتأرجح بين حالتين دون تباطؤ.

وقد أدت هذه الخصائص الرائعة إلى ادعاءات بأن بلورات الزمن هي آلات ذات حركة أبدية تنتهك قوانين الطبيعة القانون الثاني للديناميكا الحرارية، لكن هذا ليس هو الحال. لا يمكن للبلورات، التي تحركها الفوتونات، أو جزيئات الضوء، أن تفقد أو تكتسب طاقة؛ كل ما يفعله الضوء الذي يضربهم هو جعلهم يكررون خلط الدولتين.

منذ اقتراح ويلتشيك، قام الفيزيائيون بتكوين ودراسة بلورات الزمن داخل الماس, أجهزة الكمبيوتر الكمومية و ذرات الروبيديوم متحمسة لمئات أضعاف حجمها النموذجي. ومع ذلك، لا يمكن رؤية هذه البلورات بشكل مباشر، وبدلاً من ذلك تتم دراستها من خلال تقلبات ضوء الليزر.

لتصميم بلورات الزمن المرئية، قام الباحثون في الدراسة الجديدة بوضع بلورات سائلة – وهي جزيئات على شكل قضبان تتصرف مثل المواد الصلبة والسائلة – بين قطعتين من الزجاج مطليتين بالصبغة. إذا تم ضغطها معًا بالطريقة الصحيحة، فإن هذه الجزيئات تشكل مكامن الخلل التي يمكن أن تتحرك وتتصرف مثل الذرات.

“لديك هذه التقلبات، ولا يمكنك إزالتها بسهولة”، مؤلف مشارك في الدراسة إيفان سماليوخوقال أستاذ الفيزياء بجامعة كولورادو بولدر في البيان. “إنهم يتصرفون مثل جزيئات والبدء في التفاعل مع بعضنا البعض.”

من خلال تسليط الضوء على القطع الزجاجية، جعل العلماء جزيئات الصبغة التي تغطيها تتغير استجابةً وتضغط على البلورات السائلة بدورها، لتشكل آلاف العقد الجديدة التي تتراقص عبر المحلول في تفاعلات تتكرر بانتظام مع مرور الوقت. وحتى عندما رفع الباحثون درجة الحرارة أو خفضوها، ظلت حركات العقد دون تغيير.

وقال سماليوخ: “كل شيء ولد من لا شيء”. “كل ما تفعله هو تسليط الضوء، وسيظهر هذا العالم كله من بلورات الزمن.”

وبعيدًا عن التقدم في الفيزياء الأساسية، يقول الباحثون إن نظامهم الجديد يمكن تطويره يومًا ما إلى “علامات مائية زمنية” تجعل أنماطها المميزة من الصعب تزوير العملات الورقية ذات الفئات الأعلى. يمكن أن يؤدي تكديس البلورات أيضًا إلى إنشاء أنماط أكثر تعقيدًا يمكنها تخزين كميات كبيرة من البيانات.

وقال سماليوخ: “لا نريد وضع حد للطلبات في الوقت الحالي”. “أعتقد أن هناك فرصًا لدفع هذه التكنولوجيا في جميع الاتجاهات.”