کریستال زمان (Time Crystal)، موضوع تحقیقات جدید و فوق‌سری وزارت دفاع آمریکا

MacTavish · 25/8/19

کریستال زمان (Time Crystal) یک نوع ساختار عجیب با ویژگی‌هایی شگفت‌انگیز بوده که مدتی است موضوع تحقیقات سری آژانس دارپا، تحت نظر وزارت دفاع آمریکاست.

ارتش آمریکا در زمینه‌های علمی و تکنولوژیکی بودجه‌های کلانی را صرف تحقیق بر روی موضوعات خاص و فوق پیشرفته می‌کند که از هک مغز انسان گرفته تا کاهش فرآیند افزایش سن و بالا بردن سرعت یادگیری، متغیر هستند.

در همین رابـ*ـطه، جالب است بدانیم که آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی آمریکا یا همان دارپا (DARPA) که مرکزی تحت نظر وزارت دفاع ایالات متحده است، تحقیقات سری و جالب‌توجهی را در مورد پدیده کریستال های زمان (Time Crystal) در جریان دارد.

کریستال زمان

در حوزه مکانیک کوانتوم، ساختار کریستال زمان یکی از برجسته‌ترین دستاوردهای دانشمندان به شمار می‌آید که ساخت ورژنی آزمایشگاهی از آن در سال گذشته و چهار سال پس از مطرح شدن صحبت‌های اولیه در مورد چنین مفهومی، توجه زیادی را به خود جلب کرد.

به صورت ساده می‌توان گفت که کریستال های زمان از اتم‌هایی تشکیل شده‌اند که دائما در نوسان هستند و در حضور نیروهای معمولی مانند میدان الکتریکی، در راستای خطوط میدان حرکت‌هایی از خود نشان می‌دهند؛ برای درک بهتر موضوع می‌توانیم یک ظرف حاوی ژله را در نظر بگیریم که ساختار آن با لرزاندن دچار تغییر می‌شود.

حال نکته جالب‌توجه در مورد کریستال زمان این است که این ساختار لزوما واکنش هماهنگی به نیروی اعمالی ندارد و در مواردی مانند نمونه‌ای که سال گذشته برای اولین بار توسعه داده شد، سرعت عکس‌العمل اتم‌ها به میدان موجود نصف سرعت تغییرات میدان بود.

نورمن یائو (Norman Yao) یکی از دانشمندان درگیر پروژه توسعه این نوع ساختار می‌گوید که تصور کنیم، ژله‌ای وجود داشته باشد که به جای نشان دادن عکس‌العمل سریع به ضربه، با مکث و در فواصل زمانی غیر هماهنگی دچار تغییر شود.

تحقیقات دارپا بر روی کریستال های زمان

با وجود شگفتی رفتار عجیب این ماده، چرا تمرکز سازمانی مانند دارپا بر روی کریستال های زمان قرار گرفته است؟ اینطور که به نظر می‌رسد،‌جواب سوال کاملا واضح نیست!

ال لوکوزیو (Ale Lukaszew)‌ یکی از مدیران دارپا در مصاحبه‌ای مربوط به مبحث کریستال زمان گفته است که شاید دلیل پژوهش‌های این سازمان بر روی چنین ساختاری به‌کارگیری کریستال‌ها در وسایل اندازه‌گیری فوق‌العاده دقیق زمان و یا میدان‌های گرانشی باشد و بسیاری از این کاربردها قابل‌بحث نیستند؛ به عبارت دیگر می‌توان گفت که لوکوزیو فوق سری بودن تحقیقات را تایید می‌کند.

با این تفاسیر از طرف دارپا بیانه‌ای رسمی در مورد تحقیقات کریستال زمان منتشر شده که در آن، به استفاده از چنین ساختارهایی برای افزایش دقت ساعت‌های اتمی اشاره شده است؛‌ اگر چنین ساعت‌هایی به میزان موردنظر کارشناسان دقیق باشند، می‌توان کوچک‌ترین تغییرات میدان گرانشی یا مغناطیسی را به کمک آن‌ها تشخیص داد و به عنوان مثال، از وجود تونل‌های زیرزمینی مخفی در مناطق مختلف باخبر شد.

البته با اینکه تا به امروز ساعت‌های اتمی فوق‌العاده دقیقی ساخته شده‌اند، ناپایداری عجیب این تجهیزات باعث شده که استفاده از آن‌ها به شدت سخت باشد؛ به عنوان مثال دانشمندان برای به‌کار‌گیری برخی ساعت‌های اتمی باید تجهیزات موردنظر را در دمای بسیار پایینی نگه دارند و سیستم را در حالت ایزوله قرار دهند؛ چنین شرایطی اصلا مطبوع کاربردهای نظامی نیست.

با وجود این شرایط، کریستال های زمان موردتوجه قرار می‌گیرند؛ از زمان کشف تاکنون محققان این موضوع را در نظر گرفته‌اند که وجود سیستم‌هایی کوانتومی که با وجود پالس خارجی پایدارتر و معادل‌تر می‌شوند، امکان‌پذیر است. کریستال زمان جزو اولین نمونه‌های این نوع ساختارهاست که با نام سیستم‌های نامتعادل شناخته می‌شوند.

به هر حال، به نظر می‌رسد که دارپا بر روی این مشخصه کریستال‌ های زمان تمرکز کرده است و هدف اصلی از تحقیقات جدید، کاربردی کردن ساعت‌های اتمی به کمک پایداری ساختارهای کوانتومی به کمک تاثیرات بیرونی باشد.

لوکوزیو مثال ساده‌ای را برای فهم بهتر افزایش تعادل سیستم‌ها به کمک نیروهای خارجی مطرح کرده است؛ او می‌گوید که تصور کنید فردی سعی دارد یک جارو و یا شیئی مشابه را بر روی کف دست و از سمت نوک‌تیز نگه دارد؛ حال اگر شخص دستش را تکان ندهد،‌ به احتمال قوی جارو بر روی زمین می‌افتد و این در حالی است که با تغییر موقعیت دست به هنگام هر جابه‌جایی جارو، می‌توان شی را به ‌راحتی در حالت معلق نگه داشت.

تصویر زیر برای نشان داد تاثیر به‌کارگیری سیستم‌های غیر متعادل در حفظ پایداری یک سیستم کلی تهیه شده است:

سمت چپ: ناپایداری به واسطه نبود سیستم نامتعادل؛ سمت راست: اعمال عدم تعادل و رسیدن به پایداری

در ادامه لوکوزیو می‌گوید که اگر بتوان به کمک نیرویی خارجی و به صورت نوسانی، ذرات را در فواصل مشخص و به صورت هماهنگ کنار هم نگه داشت، این امکان وجود دارد که نظم کوانتومی ساختار موردنظر حفظ شود و سنسورهای فوق‌العاده حساسی که فقط در محیط‌های آزمایشگاهی کار می‌کنند، به شرایط سخت و دشوار فعالیت‌های نظامی وارد شوند.

البته همانطور که اشاره شد هنوز جزئیات دقیق ساز و کار استفاده از کریستال زمان برای این منظور مشخص نیست و میزان بودجه در نظر گرفته شده از طرف دارپا و وزارت دفاع هم اعلام نشده است. با این وجود می‌توان انتظار داشت که با حمایت دولت آمریکا، پیشرفت‌های چشم‌گیری در مبحث سیستم‌های نامتعادل و به صورت کلی، فیزیک کوانتوم حاصل شود.