Physiker der Shanghai Jiao Tong University haben etwas Seltsames getan.
Sie bauten einen Tisch-Raumzeitkristall. Dann sahen sie zu, wie es schmolz.
Und das Ergebnis? Raum und Zeit brachen unabhängig voneinander auseinander.
Wir denken normalerweise, dass Schmelzen einfach ist. Fest bis flüssig. Entropie gewinnt. Die Ordnung stirbt.
Dieses Material ist anderer Meinung.
In einem exotischen Zustand, der als Raumzeitkristall bekannt ist, können Zeit und Raum getrennt verschmelzen. Die in den Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlichten Ergebnisse bieten einen seltenen Blick darauf, wie diese ungewöhnliche Angelegenheit auseinanderfällt.
Es beginnt mit einer Definition. „Kristall“ bedeutet normalerweise Atome in einem 3D-Gitter. Sich wiederholende Muster. Perfekte Ordnung.
Ein Raumzeitkristall fügt der Mischung Zeit hinzu.
Die Struktur wiederholt sich in Raum und Zeit. Atome schwingen in einem stabilen, sich wiederholenden Rhythmus. Es wiederholt sich immer und immer wieder.
Sie zu bauen ist schwierig. Es ist schwieriger, sie stabil zu halten. Quantenversionen stellen enorme Herausforderungen dar. Also wandte sich das Team einem klassischen Proxy zu: einem klassischen Analogon.
Stellen Sie es sich wie einen Chladni-Teller vor. Sie bringen eine Oberfläche mit 100 Hertz in Schwingung. Sandkörner tanzen. Sie bilden Knoten.
Aber dieses Experiment tauscht Sand gegen winzige Plastikscheiben. Jede Scheibe hat sechs abgewinkelte Stifte. Sie wackeln chaotisch auf der Vibrationsplatte. Zufällige Tritte der treibenden Kraft.
Keine sauberen Linien.
Es sei denn, Sie packen genug davon ein.
Dann Magie.
Hunderte von Scheiben organisieren sich spontan zu einem dreieckigen Gitter. Die gesamte Gruppe dreht sich wie ein starrer Körper. Alle fünf Stunden eine Umdrehung.
Diese synchronisierte Bewegung übersteht Lärm. Es dauert fast einen Tag.
Entscheidend ist, dass sich diese fünfstündige Drehung vom 100-Hertz-Antrieb unterscheidet. Der Antrieb liefert lediglich Energie. Die langperiodische Schwingung entsteht von selbst.
Um zu sehen, was passiert, wenn die Bestellung fehlschlägt, entfernten die Forscher die Datenträger. Sie reduzierten die Dichte. Sie erzwangen eine Schmelze.
Es ist nicht einfach verblasst. Es verfiel nicht allmählich ins Chaos.
Der Raumzeit-Kristallschmelzprozess verlief in drei verschiedenen Phasen.
- Synchronisiertes Timing schlägt lokal fehl. Teile des Kristalls verlieren den Rhythmus. Der Rest tanzt weiter.
- Der Rhythmus bricht völlig. Die zeitliche Ordnung ist weg. Dennoch behält der Kristall immer noch seine räumliche Form. Raum und Zeit trennen sich.
- Das Gitter kollabiert. Die physikalische Struktur bricht auseinander. Es wird wie eine ungeordnete Flüssigkeit.
Dafür sind zwei unterschiedliche physikalische Prozesse verantwortlich.
Der Verlust der zeitlichen Ordnung ist auf die Abschwächung der Teilchenwechselwirkungen zurückzuführen. Der Kollaps des Kristalls selbst geschieht, weil sich Defekte im Gitter ausbreiten.
Warum ist das wichtig?
Denn die Regeln für die Ordnung in der Zeit unterscheiden sich von denen für die Ordnung im Raum.
„Unsere experimentellen Ergebnisse offenbaren ein kompliziertes dreistufiges Schmelzszenario“, schrieben die Forscher. Sie stellten fest, dass räumliche und zeitliche Symmetrien bei unterschiedlichen kritischen Werten verschmelzen. Durch verschiedene Mechanismen. Sie handeln unabhängig.
Das bedeutet nicht, dass sich alle Raumzeitkristalle so verhalten. Quantensysteme können unterschiedlich sein.
Doch das Experiment beweist, dass sich Raum und Zeit während eines Phasenübergangs trennen können.
Es eröffnet neue Möglichkeiten für die Untersuchung komplexer Symmetriebrechungen in klassischen Systemen. Exotische Ungleichgewichtsphasen sind nicht mehr nur Theorie. Sie können sich sehen lassen. Wenn auch nur für ein paar Stunden, auf einem Rütteltisch in China.
