Νέα Υόρκη: Ερευνητές κατασκεύσαν χρονικό κρύσταλλο – Πάει «κόντρα» στον Τρίτο Νόμο του Νεύτωνα

Οι φυσικοί στο Πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης στις ΗΠΑ ανέπτυξαν έναν καινοτόμο τύπο χρονικού κρυστάλλου, αξιοποιώντας ηχητικά κύματα.

Σε αυτό το σύστημα, τα σωματίδια φαίνεται να συμπεριφέρονται με τρόπο που αποκλίνει από τον γνωστό τρίτο νόμο του Νεύτωνα, καθώς κινούνται μη συμμετρικά και χωρίς την αναμενόμενη αμοιβαιότητα.

Τι λέει ο Τρίτος Νόμος του Νεύτωνα

Ο τρίτος νόμος του Νεύτωνα, που ορίζει ότι κάθε δράση συνοδεύεται από μια ίση και αντίθετη αντίδραση, αποτελεί θεμελιώδη αρχή της φυσικής και εξηγεί πληθώρα φαινομένων στην καθημερινότητα. Από τη λειτουργία των πυραυλικών κινητήρων μέχρι την αναπήδηση μιας μπάλας, την κίνηση των ψαριών στο νερό ή τα άλματα σε ένα τραμπολίνο, όλα βασίζονται σε αυτόν τον νόμο.

Με πιο τεχνικούς όρους, οι δυνάμεις εμφανίζονται σε ζεύγη και, όταν δεν ισορροπούν, οδηγούν σε μεταβολή της κίνησης ενός σώματος. Ωστόσο, η πιθανότητα ύπαρξης συστημάτων που δεν υπακούουν πλήρως σε αυτή την αρχή δημιουργεί νέες προοπτικές για την επιστημονική έρευνα και τις εφαρμογές της.

Τα χρονικά κρύσταλλα αποτελούν μια ιδιαίτερη μορφή ύλης, στην οποία τα σωματίδια ταλαντώνονται περιοδικά, παρόμοια με την κίνηση ενός εκκρεμούς.

Αν και για χρόνια θεωρούνταν θεωρητική πρόβλεψη, πριν από περίπου μία δεκαετία κατασκευάστηκε το πρώτο τέτοιο σύστημα, και έκτοτε έχουν εντοπιστεί διάφορες παραλλαγές με ξεχωριστές ιδιότητες και δυνατότητες αξιοποίησης.

Υπό την επίβλεψη του Ντέιβιντ Γκριρ, οι ερευνήτριες Μία Μορέλ και Λίλα Έλιοτ ανέπτυξαν έναν νέο τύπο χρονικού κρυστάλλου, στον οποίο μικροσκοπικά σφαιρίδια φελιζόλ αιωρούνται πάνω σε ένα «στρώμα» ήχου και μετακινούνται μέσω ακουστικών κυμάτων.

Σε αυτό το πείραμα, ο ήχος λειτουργεί σαν ένας μηχανισμός ακουστικής αιώρησης, κρατώντας τα σωματίδια σταθερά στον αέρα.

Τα αιωρούμενα σφαιρίδια αλληλεπιδρούν μεταξύ τους διαχέοντας τον ήχο: τα μεγαλύτερα σωματίδια διασκορπίζουν περισσότερη ακουστική ενέργεια σε σύγκριση με τα μικρότερα, με αποτέλεσμα να ασκούν ισχυρότερη επίδραση πάνω τους απ’ ό,τι δέχονται, δημιουργώντας έτσι μια ασύμμετρη αλληλεπίδραση μεταξύ τους.

«Φανταστείτε δύο πλοία διαφορετικού μεγέθους που πλησιάζουν μια προβλήτα», εξήγησε η Μορέλ.

«Κάθε πλοίο δημιουργεί κύματα που επηρεάζουν το άλλο, αλλά όχι στον ίδιο βαθμό, καθώς το μέγεθός τους παίζει καθοριστικό ρόλο». Επειδή αυτές οι αλληλεπιδράσεις βασίζονται σε ηχητικά κύματα, δεν υπακούουν στους περιορισμούς του τρίτου νόμου του Νεύτωνα.

Αν και έχουν γίνει και στο παρελθόν πειράματα με χρονικούς κρυστάλλους, το συγκεκριμένο ξεχωρίζει επειδή υλοποιείται σε μια σχετικά μικρή διάταξη, ύψους περίπου 30 εκατοστών, και μπορεί να παρατηρηθεί άμεσα με γυμνό μάτι. «Το σύστημά μας είναι εντυπωσιακό κυρίως λόγω της απλότητάς του», σημείωσε ο Ντέιβιντ Γκριρ.