Cristales en el tiempo
Cristales en el tiempo, temporales. Era imposible conseguirlos, pero… en pocos años, han pasado a ser reales. Cuando en 2012, Frank Wilczek, Nobel de Física en 2004, propuso su fundamento teórico, no fue creído.
Sus cristales contradecían leyes científicas como el Segundo Principio de la Termodinámica. Este principio establece que la entropía de un sistema (medida del desorden) siempre tiende a aumentar y a alcanzar un estado de entropía máxima.
Recordemos que un cristal es una estructura material en la que los átomos/moléculas, se ordenan de forma homogénea dando lugar a formas geométricas micro y macroscópicas que pueden crecer en las tres dimensiones del espacio generando estructuras estables y rígidas: sal, azúcar, muchos minerales, algunos de enorme belleza.
A lo largo de la historia se está cometiendo un error importante en la denominación del vidrio con el sustantivo de cristal. El vidrio, en cualquiera de sus variedades NO es un cristal dado que su estructura es totalmente desordenada y amorfa.
Los cristales conocidos repiten su estructura en el espacio, pero permanecen estables en el tiempo. Presentan simetría espacial y temporal.
La existencia de cristales temporales implica que su estructura, en vez de repetirse en las tres dirección del espacio, ¡se repita a lo largo del tiempo! Un cristal de tiempo debería conservar, a la vez, su estabilidad y cambiar su estructura cristalina en función del tiempo, para volver a recuperarla Pero… si el cristal cambia con el tiempo, también lo hará su estructura y sus propiedades macroscópicas. Sería como una sustancia cambiante que nos hace pensar en un nuevo estado de la materia.
El paso necesario para la obtención de cristales temporales se basa en las ideas de Einstein: “el espacio y el tiempo están íntimamente conectados y se encuentran al mismo nivel”
La simetría de un cristal puede ser traslacional, no cambia al moverlo, o temporal. Una traslación temporal significa que las leyes que rigen en este momento, también son válidas para los observadores del pasado y del futuro. Dicho de otra forma, las leyes que descubrimos en un momento determinado se cumplen en cualquier otro.
Un cristal temporal puede ser considerado como definido en un espacio tetradimensional (tres direcciones ortogonales más el tiempo).
Un cristal temporal es un sistema en el que la simetría bajo traslaciones temporales está espontáneamente rota (Frank Wilczek)
En un cristal en el tiempo, se rompe la simetría temporal.
El teorema de Noether afirma que la simetría bajo traslaciones temporales implica la conservación de la energía.
La ruptura espontánea de simetría ocurre porque la configuración con menor simetría es favorable desde el punto de vista energético, es el de energía mínima. Si el estado de mínima energía rompe la simetría espacial y la energía del sistema se conserva, dicho estado persistirá una vez que se alcance.
Pero… una sustancia no puede soportar un muy elevado número de traslaciones del tipo anterior. Aquel eslogan publicitario de “un diamante es para siempre” es falso. Los físicos estiman que un diamante acabará convirtiéndose en grafito si esperamos lo suficiente. También podría suceder que las fluctuaciones cuánticas convirtiesen el diamante en un minúsculo agujero negro…
Los cristales del tiempo son un área de estudio que está en sus inicios, pero desde ya permiten soñar con impresionantes usos en la ciencia y la tecnología.
¿Para que sirven los cristales en el tiempo?
Wilczek también menciona que los cristales de tiempo podrían servir para fabricar relojes mucho más precisos y estables que los poderosos relojes atómicos que ya existen. "Serían capaces de realizar medidas exquisitas de la distancia y el tiempo"
También se refiere a la posibilidad de desarrollar GPS mejorados, nuevos métodos para descubrir depósitos minerales mediante la interacción con la gravedad, o la detección de ondas gravitacionales.
Finalmente, comenta que descubrir nuevas formas en las que se puede organizar la materia puede llevarnos a entender mejor los agujeros negros y el espacio-tiempo en el cosmos.
Todo eso aún pertenece al terreno de la especulación, pero quizás algún día llegue el momento en que un cristal de tiempo sea más útil y valioso que el más fino de los diamantes.
Este estado de la materia permite especular, por ejemplo, con la posibilidad de que en un futuro existan máquinas de movimiento perpetuo.
Ismael Camarero
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Para saber más:
https://www.investigacionyciencia.es/
https://es.wikipedia.org/wiki/Simetr%C3%ADa_temporal
Teorema de Noether:
http://www.fisicafundamental.net/simetrias/noether.html
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