Tekućina koja može teći u vremenu

Novo teorijsko istraživanje znanstvenika s Instituta Max Planck opisuje takozvanu diskretnu vremensku tekućinu, stanje u kojem se pravilne oscilacije održavaju lokalno, ali se njihova dugoročna usklađenost povremeno gubi.

Fizičari su predložili novo stanje materije koje bi moglo proširiti naše razumijevanje načina na koji se red i pravilnost pojavljuju u prirodi. Nazvano diskretna vremenska tekućina (discrete time liquid), ono kombinira pravilno ponavljanje u vremenu s povremenim spontanim promjenama ritma. Istraživanje je opisano u radu „Discrete time liquids”, koji su na repozitoriju arXiv objavili Zuo Wang, Paul M. Schindler, Marin Bukov i Marios H. Michael.

Za razliku od uobičajenih stanja materije, koja se prvenstveno opisuju rasporedom čestica u prostoru, vremenska tekućina odlikuje se specifičnom organizacijom ponašanja sustava kroz vrijeme. Koncept se nadovezuje na istraživanja vremenskih kristala, neobičnih sustava koji mogu oscilirati u pravilnom ritmu različitom od perioda vanjskog pobuđivanja.

Istraživači su proučavali dvodimenzionalni sustav klasičnih spinova povezan s elektromagnetskom šupljinom na konačnoj temperaturi. Fluktuacije energije u toj šupljini djeluju poput nepravilnog, približno periodičnog pobuđivanja. Unatoč tome što vanjski ritam nije savršeno stabilan, simulirani sustav pokazao je oscilacije čija je perioda dvostruko dulja od perioda pobuđivanja.

Ključna razlika u odnosu na vremenski kristal jest u tome što se taj ritam ne održava trajno i jednako u cijelom sustavu. Pojedinačne putanje povremeno spontano prelaze između dvaju vremenskih konfiguracija. Lokalna pravilnost pritom opstaje, ali se dugoročna usklađenost postupno gubi.

Autori takve prijelaze nazivaju vremenskim solitonima. Riječ je o topološkim defektima vremenskog reda koji prekidaju dugoročnu usklađenost oscilacija, ali ne uništavaju lokalno ponavljanje. Možemo ih zamisliti kao čvorove u tkanini, narušavaju pravilnu strukturu na većoj skali, dok njezini lokalni dijelovi zadržavaju organizaciju.

Kako bi objasnili ponašanje sustava, znanstvenici su predložili pojednostavljeni matematički model koji reproducira raspodjelu vremenskih korelacija dobivenu u simulacijama. Njihovi rezultati upućuju na to da se vremenska tekućina može razumjeti kao vremenski kristal s konačnom gustoćom takvih defekata.

Istraživanje otvara i zanimljivo teorijsko pitanje: ako se vremenski solitoni mogu pojavljivati u proizvoljnim trenucima, prosjek velikog broja pojedinačnih putanja može ponovno pokazati simetriju kontinuiranog vremenskog pomaka. Autori zato razmatraju mogućnost postojanja diskretnih vremenskih tekućina čak i u toplinskoj ravnoteži.

Ipak, riječ je o teorijskom radu koji se temelji na modeliranju i numeričkim simulacijama, a ne o eksperimentalnoj potvrdi novog stanja materije. Za sada ostaje otvoreno može li se takvo ponašanje ostvariti i potvrditi u stvarnom fizičkom sustavu.