¿Qué son los cristales de tiempo y cuál es el significado del último descubrimiento en el campo?

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Como lo entiendo, la idea de un cristal de tiempo proviene del físico Frank Wilczek en 2012. El nombre puede ser cuestionable, pero la idea es lo suficientemente sólida en principio. Los cristales de tiempo representan ostensiblemente un nuevo estado de materia en el que los átomos tienen una disposición cristalina en el tiempo, no solo una estructura cristalina en el espacio.

En física, un “estado de la materia” significa una forma particular en que los átomos o las moléculas se organizan entre sí, en términos de enlaces electroquímicos entre partículas. Los tres más conocidos son sólido, líquido y gas, que se definen de esta manera:

• Gas : en un gas, las partículas tienen demasiada energía para unirse unas con otras. Están ampliamente separados y en constante movimiento; se mueven libremente entre sí, tienden a dispersarse ampliamente y generalmente solo se mantienen unidos por fuerzas externas (como la gravedad o los contenedores) que los mantienen en un área en particular.
• Líquido : los líquidos tienen menos energía que los gases, por lo que las fuerzas entre las partículas les dan una cierta coherencia y estabilidad colectiva. Las partículas todavía pueden moverse unas sobre otras con relativa libertad, pero están más densamente empaquetadas, por lo que la atracción de una partícula por otra evita que las partículas se dispersen ampliamente. La tensión superficial del agua líquida es un ejemplo de esto: las gotas de agua porque la atracción eléctrica entre las moléculas de agua individuales retienen a las moléculas. El calor de esa gota de agua y la energía extra supera la atracción intermolecular: el agua se convierte en gas.
• Sólido : Un sólido es un estado de energía incluso más bajo que un líquido. En los sólidos, la atracción entre partículas se vuelve tan fuerte en comparación con la energía de las partículas que las partículas se entrelazan en estructuras estables. Ya no pueden moverse libremente entre sí, y no se dispersan en absoluto (excepto en casos extraños llamados sublimación , donde un sólido puede convertirse directamente en gas). A veces, los sólidos son estructuras amorfas (llamadas vidrio ), a veces son estructuras regulares y organizadas (llamadas cristales ), pero en cualquier caso, la sustancia se convierte en un material colectivo duro y estable.

También hay un cuarto estado de la materia reconocido, llamado plasma , con el que no tenemos experiencia igualmente directa. Cada vez que miramos una luz de neón, vemos un plasma en acción, pero los plasmas son fenómenos de alta energía que no podemos tocar y saborear de la misma forma en que hacemos los otros estados de la materia. Y no hace falta decir que estos estados de energía son específicos del material: el agua pasará de sólido a líquido a gas a energías mucho más bajas que las necesarias para que el hierro se mueva incluso a su estado líquido.

El objetivo de esta discusión es indicar que los estados de la materia a menudo se definen por la estabilidad: a medida que avanzamos por los peldaños, la materia cambia a formas que son cada vez más estables, hasta que llegamos a formas sólidas que son efectivamente estáticas. Si agrega energía a un sólido, podría doblarse y deformarse, o podría romperse, o podría resonar, pero las fuerzas entre partículas eventualmente forzarán a que la energía agregada se disipe para que se recupere el estado de reposo estático del sólido. La suposición general entre los físicos ha sido que un estado estable es un estado fijo, estático e inmóvil, en el que las partículas encuentran una relación energética mínima entre sí de tal manera que cualquier movimiento requeriría una entrada externa de energía.

Con todo esto en mente, un cristal de tiempo , teóricamente, es una sustancia cuyo estado de energía más bajo no es una estructura cristalina estática, sino una estructura que es una función periódica estable. En este sentido, un cristal de tiempo es como un péndulo idealizado o un resorte idealizado, que puede oscilar infinitamente porque no hay fuerza de amortiguación. Pero durante un tiempo, la estructura de energía más baja de las partículas en cuestión evolucionaría periódicamente con el tiempo. A diferencia de la flexión de los enlaces entre partículas que vemos en un cristal estático, que consume energía, los enlaces de un cristal de tiempo cambiarían naturalmente con el tiempo, sin requerir ni consumir energía. Teóricamente hablando, me imagino que, incluso si un cristal temporal se acercara al cero absoluto, un estado de energía cero en el que el movimiento debería ser imposible, su estructura seguirá evolucionando periódicamente, porque esa evolución no requiere que persista la energía.

Si esto constituiría un movimiento perpetuo es una pregunta abierta, como lo es la existencia de cristales de tiempo en sí mismos. El concepto de movimiento perpetuo siempre se ha definido en el mundo macroscópico (de lo contrario, tanto la luz como el movimiento browniano del aire habrían estado en discusión), por lo que no estoy seguro de que pueda aplicarse a este estado arcano de la materia. Tendremos que esperar a que los resultados de la investigación tengan una mejor idea de este tipo de preguntas.