นักฟิสิกส์สร้างผลึกเวลาที่มองเห็นได้จริง!
ในบรรดาความแปลกประหลาดของโลกควอนตัม ผลึกเวลา (Time Crystal) ซึ่งเป็นการจัดเรียงอะตอมที่ทำซ้ำการเคลื่อนไหวบางอย่างเมื่อเวลาผ่านไป อาจเป็นสิ่งที่แปลกประหลาดที่สุดอย่างหนึ่ง แต่พวกมันมีอยู่จริงอย่างแน่นอน และเพื่อให้มีหลักฐานที่มั่นคงยิ่งขึ้น นักฟิสิกส์ก็ได้สร้างผลึกเวลาที่มองเห็นได้จริงที่เราสามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า
ในงานวิจัยล่าสุดที่ตีพิมพ์ใน Nature Materials นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยโคโลราโด โบลเดอร์ ได้นำเสนอการออกแบบผลึกเวลาที่มองเห็นได้จริงแบบใหม่ นั่นคือเซลล์แก้วที่บรรจุผลึกเหลว ซึ่งเป็นโมเลกุลรูปแท่งที่ติดอยู่ในสถานะก้ำกึ่งระหว่างของแข็งและของเหลว มันเป็นวัสดุชนิดเดียวกับที่พบในหน้าจอ LCD ของสมาร์ทโฟน เมื่อกระทบกับแสง ผลึกจะสั่นและเต้นเป็นรูปแบบซ้ำๆ ที่นักวิจัยกล่าวว่าคล้ายกับ “ลายเสือที่ทำให้เกิดอาการทางประสาทหลอน”
Hanqing Zhao ผู้เขียนนำของการศึกษาและนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาที่มหาวิทยาลัยโคโลราโด โบลเดอร์ กล่าวในการเผยแพร่ว่า “พวกมันสามารถสังเกตได้โดยตรงภายใต้กล้องจุลทรรศน์ และแม้กระทั่งในสภาวะพิเศษด้วยตาเปล่า” ในทางเทคนิค การเต้นของผลึกเหล่านี้สามารถคงอยู่ได้นานหลายชั่วโมง เหมือนกับ “นาฬิกาที่หมุนตลอดกาล” นักวิจัยกล่าวเสริม
ผลึกเวลาปรากฏตัวครั้งแรกใน งานวิจัยปี 2012 โดย Frank Wilczek ผู้ได้รับรางวัลโนเบล ซึ่งนำเสนอแนวคิดสำหรับผลึกที่เป็นไปไม่ได้ซึ่งละเมิดกฎความสมมาตรหลายข้อในทางฟิสิกส์ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ผลึกเวลาที่มองเห็นได้จริงทำลายความสมมาตรเนื่องจากอะตอมของมันไม่ได้ล็อคอยู่ในโครงสร้างต่อเนื่อง และตำแหน่งของมันเปลี่ยนแปลงไปตามเวลา
นักวิทยาศาสตร์สังเกตผลึกเวลาได้ในที่สุด แต่พวกมันคืออะไรกันแน่?
นักฟิสิกส์ได้สาธิตแนวคิดของ Wilczek ในรูปแบบต่างๆ ตั้งแต่นั้นมา แต่ผลึกเหล่านี้มีอายุสั้นมากและมีขนาดเล็กมาก Zhao และ Ivan Smalyukh ผู้เขียนอาวุโสของการศึกษาและนักฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยโคโลราโด โบลเดอร์ ต้องการดูว่าพวกเขาสามารถเอาชนะข้อจำกัดเหล่านี้ได้หรือไม่
สำหรับผลึกเวลาที่มองเห็นได้จริงแบบใหม่นี้ ทั้งคู่ใช้ประโยชน์จาก “ปม” ของโมเลกุล ซึ่งเป็นแนวโน้มที่จะรวมตัวกันเมื่อถูกบีบในลักษณะหนึ่ง เมื่ออยู่ด้วยกันแล้ว ปมเหล่านี้จะทำหน้าที่เหมือนอะตอมทั้งหมด นักวิจัยอธิบาย
Smalyukh กล่าวว่า “คุณมีรอยบิดเหล่านี้ และคุณไม่สามารถกำจัดพวกมันออกไปได้อย่างง่ายดาย พวกมันทำงานเหมือนอนุภาคและเริ่มมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน”
ทีมงานเคลือบเซลล์แก้วสองเซลล์ด้วยโมเลกุลสีย้อม โดยประกบสารละลายผลึกเหลวไว้ระหว่างชั้นต่างๆ เมื่อพวกเขาฉายแสงโพลาไรซ์ไปที่การตั้งค่า โมเลกุลสีย้อมจะปั่นป่วนอยู่ภายในแก้ว บีบผลึกเหลว สิ่งนี้ก่อให้เกิดปมใหม่นับพันภายในผลึก นักวิจัยอธิบาย
Smalyukh กล่าวว่า “นั่นคือความสวยงามของผลึกเวลาที่มองเห็นได้จริงนี้ คุณเพียงแค่สร้างเงื่อนไขบางอย่างที่ไม่พิเศษขนาดนั้น คุณฉายแสง และทุกอย่างก็เกิดขึ้น”
ผลึกเวลาที่มองเห็นได้จริง มีประโยชน์อย่างไร?
ทีมงานเชื่อว่าการทำซ้ำผลึกเวลาของพวกเขาสามารถมีประโยชน์ในทางปฏิบัติได้ ตัวอย่างเช่น “ลายน้ำเวลา” ที่พิมพ์บนธนบัตรสามารถใช้เพื่อระบุของปลอมได้ นอกจากนี้ ชั้นที่ซ้อนกันอาจใช้เป็นศูนย์ข้อมูลขนาดเล็กได้
ระบบควอนตัมที่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่านั้นหาได้ยาก มีเพียงเวลาเท่านั้นที่จะบอกได้ว่าผลึกเวลาที่มองเห็นได้จริงนี้จะมีความหมายอะไรหรือไม่ นักวิจัย “ไม่อยากจำกัดการใช้งานในตอนนี้” แต่ถึงแม้จะไม่มีอะไรเกิดขึ้น มันก็ยังเป็นการสาธิตที่ยอดเยี่ยมว่าทฤษฎีทางกายภาพมีอยู่ในมุมที่แปลกประหลาดและคาดไม่ถึงของความเป็นจริงได้อย่างไร
แม้ว่าในตอนนี้เราอาจจะยังไม่เห็นประโยชน์ที่ชัดเจนของผลึกเวลาในชีวิตประจำวัน แต่การค้นพบนี้ก็แสดงให้เห็นถึงความก้าวหน้าครั้งสำคัญในวงการฟิสิกส์ควอนตัม และอาจนำไปสู่เทคโนโลยีใหม่ๆ ที่เราคาดไม่ถึงในอนาคตก็เป็นได้