Onderschrift: Selfmade Alum Crystal. Gewicht 5,01 g Bron: JanDerChemiker via Wikimedia Commons
De tweede wet van de thermodynamica stelt dat alle geïsoleerde systemen op weg zijn naar entropie. Een groep natuurkundigen heeft gespeculeerd dat een apparaat dat een ‘ruimtetijdkristal’ wordt genoemd, theoretisch zou kunnen blijven werken als een computer, zelfs na de warmtedood van het universum. Het probleem was dat ze tot nu toe geen idee hadden hoe ze een ruimtetijdkristal moesten bouwen.
Kristallen bestaan uit herhalende patronen van atomen of moleculen, ze zijn symmetrisch in de ruimte en in hun laagste energietoestand. Ze zijn het resultaat van het verwijderen van alle energie uit een systeem (zoals ijskristallen die zich vormen wanneer warmte wordt afgevoerd). Nobelprijswinnende natuurkundige Frank Wilczek van het Massachusetts Institute of Technology speculeerde dat de symmetrie van dergelijke kristallijne structuren zou kunnen bestaan in de vierde dimensie zowel in de tijd als in de ruimte. De atomen in een tijdkristal zouden constant roteren en terugkeren naar hun oorspronkelijke locatie, en in hun laagst mogelijke energietoestand zouden ze blijven draaien, zelfs nadat het universum bezweken was voor entropie. Zo'n herhalend bewegingspatroon vereist meestal energie, maar nu denken een groep wetenschappers van de University of Michigan in Ann Arbor en Tsinghua University in Beijing, onder leiding van Tongcang Li van de University of California, Berkeley, dat ze hebben bedacht hoe ze zo'n kristal in de laagste energietoestand die dit herhalende patroon, of periodieke structuur, in zowel ruimte als tijd een ruimte-tijd kristal laat zien.
Ze stellen voor om een ionenval te bouwen, die geladen deeltjes op hun plaats houdt met behulp van een elektrisch veld. De ionen stoten elkaar van nature af door de afstoting van Coulomb, waardoor een ringvormig kristal wordt gevormd dat kan worden gedraaid door een zwak statisch magnetisch veld aan te leggen. Als je dan het elektrische veld verwijdert, blijven de ionen vanzelf draaien. Dit is niet in strijd met natuurkundige wetten, het is geen machine met continue beweging omdat er geen energie uit het systeem kan worden gehaald, het kan geen enkel werk doen, ook al beweegt het. De grootste uitdaging bij het bouwen van het kristal is de noodzaak om de temperaturen dichtbij het absolute nulpunt te brengen.
De periodiciteit van ruimtetijdkristallen maakt ze tot natuurlijke klokken. Wilczek stelt voor om een computer te bouwen uit een werktijdkristal, met verschillende rotatietoestanden die de nullen en enen van een conventionele computer vervangen. Zo'n computer zou de uiteindelijke warmtedood van het heelal kunnen overleven. Er is echter maar een klein addertje onder het gras, zoals Tongcang Li toegeeft: 'we richten ons op een ruimtetijdkristal dat in een laboratorium kan worden gemaakt, dus je moet een methode bedenken om een laboratorium te maken dat kan overleven in de hitte-dood van het universum."
Lees hier meer
