Επιστήμονες δημιούργησαν νέο «χρονικό κρύσταλλο» με ηχητικά κύματα που φαίνεται να παραβιάζει τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα

Οι φυσικοί στο πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης στις ΗΠΑ κατασκεύασαν έναν νέο τύπο χρονικού κρυστάλλου χρησιμοποιώντας ηχητικά κύματα, στον οποίο τα σωματίδια φαίνεται να παραβιάζουν τον γνωστό τρίτο νόμο της κίνησης του Νεύτωνα. Στο συγκεκριμένο χρονικό κρύσταλλο, τα σωματίδια κινούνται με μη κανονικό και μη αμοιβαίο τρόπο, ανοίγοντας νέες προοπτικές για την τεχνολογία και τη βιομηχανία.

Ο τρίτος νόμος της κίνησης του Νεύτωνα, σύμφωνα με τον οποίο κάθε δράση έχει μια ίση και αντίθετη αντίδραση, αποτελεί τη βάση για πολλές εφαρμογές στον κόσμο. Από τους κινητήρες πυραύλων μέχρι την αναπήδηση μιας μπάλας, την κίνηση ενός ψαριού στο νερό ή τα παιδιά που πηδούν σε τραμπολίνο, όλα μπορούν να εξηγηθούν μέσω αυτού του νόμου. Σε τεχνικούς όρους, ο νόμος αναφέρει επίσης ότι οι δυνάμεις εμφανίζονται πάντα σε ζεύγη και όταν δεν είναι ισορροπημένες, προκαλούν αλλαγή στην κατάσταση κίνησης ενός αντικειμένου. Ωστόσο, αν ένα αντικείμενο δεν ακολουθεί τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα, αυτό μπορεί να ανοίξει νέα πεδία στην επιστήμη και την τεχνολογία.

Τα χρονικά κρύσταλλα αποτελούν μια ασυνήθιστη μορφή ύλης που αποτελείται από σωματίδια τα οποία ταλαντώνονται, παρόμοια με ένα εκκρεμές, σύμφωνα με το interestingengineering. Έπειτα από χρόνια προβλέψεων ότι θα μπορούσαν να υπάρξουν και στον πραγματικό κόσμο, οι επιστήμονες δημιούργησαν το πρώτο χρονικό κρύσταλλο πριν από σχεδόν μια δεκαετία και έκτοτε έχουν εντοπίσει διάφορους τύπους, καθένας με μοναδικές ιδιότητες που μπορούν να αξιοποιηθούν σε διαφορετικές εφαρμογές. «Τα χρονικά κρύσταλλα είναι συναρπαστικά όχι μόνο λόγω των δυνατοτήτων τους, αλλά και επειδή φαίνονται τόσο εξωτικά και πολύπλοκα», δήλωσε ο Ντέιβιντ Γκριρ, καθηγητής φυσικής στο Κέντρο Έρευνας Μαλακής Ύλης του Πανεπιστημίου της Νέας Υόρκης.

Υπό την καθοδήγηση του Ντέιβιντ Γκριρ, οι ερευνήτριες Μία Μορέλ και Λίλα Έλιοτ δημιούργησαν μια νέα εκδοχή χρονικού κρυστάλλου, όπου μικροσκοπικοί κρύσταλλοι από σφαιρίδια φελιζόλ αιωρούνται πάνω σε ένα «μαξιλάρι» ήχου και μπορούν να μετακινηθούν μέσω ηχητικών κυμάτων. Σε αυτό το σύστημα, ο ήχος λειτουργεί ως ακουστικός αιωρητής, διατηρώντας τα σφαιρίδια αιωρούμενα στον αέρα.

Όπως εξήγησε η Μία Μορέλ σε σχετική ανακοίνωση, «τα ηχητικά κύματα ασκούν δυνάμεις στα σωματίδια, όπως ακριβώς τα κύματα στην επιφάνεια μιας λίμνης μπορούν να επηρεάσουν ένα φύλλο που επιπλέει. Μπορούμε να αιωρήσουμε αντικείμενα ενάντια στη βαρύτητα, τοποθετώντας τα μέσα σε ένα ηχητικό πεδίο που ονομάζεται στάσιμο κύμα». Τα αιωρούμενα σφαιρίδια αλληλεπιδρούν μεταξύ τους διασκορπίζοντας ηχητικά κύματα. Τα μεγαλύτερα σφαιρίδια διασκορπίζουν περισσότερο ήχο σε σχέση με τα μικρότερα και έτσι επηρεάζουν περισσότερο τα μικρότερα απ’ ό,τι συμβαίνει αντίστροφα, δημιουργώντας μια ανισορροπία στον τρόπο που αλληλεπιδρούν.

«Σκεφτείτε δύο πλοία διαφορετικού μεγέθους που πλησιάζουν σε μια αποβάθρα», πρόσθεσε η Μορέλ. «Το καθένα δημιουργεί κύματα που επηρεάζουν το άλλο, αλλά σε διαφορετικό βαθμό, ανάλογα με το μέγεθός τους». Επειδή αυτές οι αλληλεπιδράσεις πραγματοποιούνται μέσω ηχητικών κυμάτων, δεν περιορίζονται από τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα. Παρότι έχουν πραγματοποιηθεί και στο παρελθόν πειράματα με χρονικούς κρυστάλλους, το συγκεκριμένο ξεχωρίζει καθώς λειτουργεί σε μια συσκευή ύψους περίπου 30 εκατοστών και είναι ορατό με γυμνό μάτι. «Το σύστημά μας είναι αξιοσημείωτο επειδή είναι εξαιρετικά απλό», ανέφερε ο Ντέιβιντ Γκριρ.

Τα ευρήματα της μελέτης και η νέα συσκευή εκτιμάται ότι θα βοηθήσουν τους ερευνητές να κατανοήσουν καλύτερα βιολογικά συστήματα, όπως οι κιρκαδικοί ρυθμοί, καθώς και μη αμοιβαίες διαδικασίες, όπως ο τρόπος με τον οποίο το σώμα διασπά την τροφή. Τα αποτελέσματα της έρευνας δημοσιεύθηκαν στο επιστημονικό περιοδικό Physical Review Letters.