Zeitkristalle – Forscher erkennen neuen Aggregatzustand

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Was im Jahr 2013 noch eine Theorie war, ist jetzt bewiesen. Mit dem Nachweis von Zeitkristallen muss das bisherige Verständnis von Zeit grundsätzlich in Frage gestellt werden.

Damals wollten Wissenschaftler um den Physik-Nobelpreisträger Frank Wilczek im Inneren einer Ionen-Falle einen sogenannten „Zeitkristall“ erzeugen. Das ist ein Objekt, das sich wie ein Uhrzeiger in einem sich immer wiederholenden Muster bewegt.

Es verbraucht dabei allerdings keine Energie. Im Gegensatz zu Uhren beziehen Zeitkristalle ihre Bewegung nicht aus gespeicherter Energie, sondern durch einen Bruch in der Symmetrie der Zeit, was ihnen einen besondere Form der unaufhörlichen Bewegung ermöglicht, also wie ein Perpetuum mobile.

Der Begriff Perpetuum mobile ist lateinisch und steht für „sich ständig Bewegendes “. Er bezeichnet eine Konstruktion, die sich, sobald sie in Gang gesetzt wurde, immer weiter bewegt und dabei durch freie Energie zusätzlich Arbeit verrichtet, jedoch ohne, dass ihr von außen weitere Energie zugeführt wird.

Die Hoffnung der Wissenschaftler war es, dass Zeitkristalle in der Physik neue Wege aufzeigen können, wie sie die zwar präzisen, aber immer noch unvollständigen Gesetze der Quantenmechanik zu einer größeren Theorie erweitern könnten.

Zeitkristalle sind Strukturen, die sich selbst auf niedrigstem Energielevel — dem sogenannten Grundzustand — bewegen können. Befindet sich ein Material im Grundzustand, ist Bewegung theoretisch unmöglich, da es ansonsten Energie aufwenden müsste.

Auf die Zeitkristalle trifft dies nicht zu. Im Gegensatz zu den meisten anderen bekannten Materialien, die sich ohne fremdes Zutun im Gleichgewicht befinden, stehen Zeitkristalle nicht still.

Aus der reinen Theorie wurde schließlich ein Konzept mit einer Anleitung, woraus sich die Kristalle zusammensetzen und welche Phasen sie umgeben sollten. In der Beschreibung, die bei „Physical Renew Letters“ erschien, wird aufgeschlüsselt, in welchem Verhältnis Feststoffe, Flüssigkeiten und Gase die Zeitkristalle umgeben.

Auf dieser Grundlage stellten sowohl Forscher der University of Maryland als auch der Harvard-Universität ihre eigenen Zeitkristalle her.

Die Kristalle der University of Maryland wurden hergestellt, indem die Forscher eine Reihe von zehn Ytterbium-Ionen als Ausgangspunkt verwendeten. Ytterbium ist ein chemisches Element, das zur Gruppe der Lanthanoide (Schwermetalle) gehört.

Um dieses Gebilde in Zeitkristalle zu verwandeln, bestrahlten es die Wissenschaftler abwechselnd mit zwei Lasern. Dadurch erreichten sie, dass die Ionen nicht ins Gleichgewicht kommen konnten. Einer der beiden Laser erzeugte ein Magnetfeld, der andere stieß den Spin der Atome immer wieder an (der sogenannte Spin beschreibt in der Teilchenphysik den Eigendrehimpuls von Teilchen).

Weil alle Spins der Atome miteinander verwoben sind (Quantenverschränkung), verharrten die Atome in einem stabilen, repetitiven Zustand des Spin-Flips (das beschreibt die Neuausrichtung oder Umkehrung des Spins eines Teilchens), das einen Kristall definiert.

Um ein Kristall zu werden, musste das System allerdings die Symmetrie der Zeit aufbrechen. Zur Erklärung: Fast alle grundlegenden physikalischen Gesetze sind symmetrisch gegenüber einer Umkehrung der Zeit, man spricht auch von Zeitumkehrinvarianz oder auch T-Symmetrie. Ein physikalischer Vorgang ist zeitumkehrinvariant, wenn er prinzipiell auch zeitlich umgekehrt, also rückwärts, ablaufen kann.

Als die Wissenschaftler die Reihe der Ytterbium-Atome beobachteten, fiel ihnen etwas Merkwürdiges auf. Die zwei Laser, welche die Ytterbium-Atome regelmäßig anstießen, erzeugten eine Wiederholung der Bewegung, die zwei Mal so lang war wie die Abstände zwischen den Laseranstößen. Etwas, das in einem normalen System niemals vorkommen würde.

Einer der Wissenschaftler schreibt: „Das ist der Kernpunkt eines Zeitkristalls. Etwas, das ihn in Bewegung setzt, hat die Periode ,T‘, aber dieses System schafft eine Synchronisation und es lässt sich eine Bewegung beobachten, die größer ist als ,T‘“.

Die Forscher sind sich einig: Zeitkristalle sind ein völlig neuer Aggregatzustand, die den Weg zu absolut neuen Forschungsansätzen ebnen.

Literatur:

Das Holographische Universum: Ein Buch über Cyberkultur, Magick, Schamanismus, Quantenphysik, Künstliche Intelligenz und die Matrix von Piarus O’Flanagan

Die perfekte Welle: Mit Neutrinos an die Grenzen von Raum und Zeit oder warum Teilchenphysik wie Surfen ist von Heinrich Päs

Im Paralleluniversum: Eine kosmologische Reise vom Big Bang in die 11. Dimension von Michio Kaku

Die Entschlüsselung des Universums: Der Schlüssel kam zur rechten Zeit von Nassim Haramein

Quelle : Lisa Schönhaar von businessinsider.de  – Grafik erschienen unter Pravda-tv

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