Recentemente, cientistas captaram pela primeira vez imagens de um “cristal do tempo”, que mostra toda uma nova fase da matéria física. Se antes era difícil prová-lo, agora não há dúvidas.
Antes que pensem nisso, não é possível segurar um cristal do tempo nas mãos. Pela sua natureza complexa, ficou preso no papel durante muitos anos. Até agora…
Afinal, o padrão dos cristais pode estender-se à quarta dimensão
O conceito de cristal do tempo é muito complexo. Considere um cristal convencional: uma coleção de átomos dispostos num padrão periódico no espaço 3D. Antes dos líquidos se tornarem cristais, têm de ocupar um volume de espaço homogéneo – por exemplo, a quantidade de água dentro de uma chávena será a mesma se a tirarmos da chávena e a pusermos noutro local qualquer.
Ora, quando a distribuição simétrica cristaliza, os átomos formam estruturas rígidas que se repetem, como um padrão. Contudo, esta simetria acontece apenas em algumas direções, não em todas.
Em 2012, Frank Wilczek, que é Prémio Nobel, previu que este padrão poderia estender-se até à quarta dimensão: o tempo.
Desafiar a física e obter resultados impressionantes
Wilczek pensou que um sistema no seu estado energético mais baixo congelaria o cristal no espaço, como aconteceria com qualquer outro cristal e, assim, tornar-se-ia observável.
Além disso, argumentou que se estes átomos do sistema de baixa energia se desviassem da sua posição inicial, a simetria de translação temporal seria quebrada. Esta que é a noção de que um único instante do tempo é o mesmo que qualquer outro.
Ou seja, quando atiramos uma moeda ao ar, temos uma probabilidade de 50/50 de termos cara ou coroa. E esta probabilidade mantém-se independentemente do tempo que demoremos a fazê-lo.
Então, o cristal tetradimensional de Wilzcek tem simetria temporal, ou seja, existe, ou acontece, em intervalos normais ao longo do tempo.
A física permite que a matéria forme cristais, ou objetos sólidos, cuja estrutura rompe padrões espaciais repetitivos. Portanto, as leis do universo físico devem também deixar os cristais do tempo formarem-se espontaneamente, quebrando a própria simetria do tempo.
Tratando-se de uma matéria tão complexa, Wilczek encontrou dificuldades em formular teorias sobre os cristais do tempo. Em 2016, um grupo de físicos da Microsoft UC Santa Barbara, Estação Q, descobriu como colmatar essas dificuldades.
Cristais do tempo captados em vídeo
Um grupo de físicos liderado por Chetan Nayak provou que os cristais do tempo podem quebrar espontaneamente a simetria da translação do tempo e mostrar a frequência através do tempo.
Em 2021, o mundo acede a uma filmagem que oferece a primeira amostra do comportamento dos cristais do tempo, inicialmente criados dentro de um laboratório, em 2016. Afinal, como pode ler-se no estudo, este desenvolvimento antecipa “novas oportunidades extraordinárias na investigação fundamental”.
Nick Träger, estudante de doutoramento do Instituto Max Planck para Sistemas Inteligentes, na Alemanha, conduziu o recente estudo em conjunto com o físico Pawel Gruszecki, da Universidade Adam Mickiewicz, Polónia.
Em conjunto, criaram um cristal de tempo maciço à temperatura ambiente. Isto é, um cristal do tempo usando magnons numa tira magnética equipada com uma antena microscópica. Esta antena causou um campo magnético oscilante através de uma corrente de radiofrequência.
No vídeo, é possível ver a estrutura do guia de ondas magnéticas absorver feixes de raios-X nas linhas que se desvanecem e reaparecem. As regiões mais escuras significam absorção de raios-X, em contraste com as regiões mais claras.
Então, o vídeo descreve a oscilação periódica da matéria, tanto no tempo como no espaço. Ou seja, funciona como prova visual da frequência temporal dos cristais: um movimento oscilante, em forma de pêndulo, de uma configuração para outra.
Os cientistas suspeitam que esta descoberta poderá, um dia, ser utilizada para conservar o tempo, ou mesmo armazenar memória em computadores quânticos do futuro.