Cristal do tempo levita e desafia Terceira Lei de Newton

Cristal do tempo que levita

Os cristais têm estruturas atômicas bem definidas, com os átomos distribuindo-se no espaço em geometrias precisas e periódicas, ou seja, em unidades repetidas. Já os cristais do tempo têm estruturas que se repetem não no espaço, mas no tempo – eles são dinâmicos e estão sempre se refazendo.

Embora aplicações comerciais ou industriais para esta intrigante forma de matéria ainda estejam por ser desenvolvidas, já há várias ideias para explorar esses cristais para o avanço da computação quântica e do armazenamento de dados, entre várias outras.

A bola então está com os experimentalistas, que têm tentado desenvolver diferentes tipos de cristais do tempo, com diferentes propriedades e, sobretudo, mais fáceis de lidar.

Mia Morrell, da Universidade de Nova York, nos EUA, achou que era mais fácil trocar átomos por pequenas esferas de isopor, que podem ser precisamente manipuladas graças às recentes técnicas de levitação acústica e pinças sônicas. O resultado é um novo tipo de cristal do tempo, um no qual suas partículas formadoras levitam sobre uma almofada de som, enquanto interagem entre si por meio da troca de ondas sonoras.

“As ondas sonoras exercem forças sobre as partículas, assim como as ondas na superfície de um lago podem exercer forças sobre uma folha flutuante,” explicou Morrell. “Podemos levitar objetos contra a gravidade, mergulhando-os em um campo sonoro chamado onda estacionária.”

Desafiando a Terceira Lei de Newton

Além de a criação de um novo tipo de cristal do tempo ser interessante por si só, neste caso há algo especial devido ao modo como as partículas levitadas interagem umas com as outras, especificamente através da troca de ondas sonoras que se refletem entre elas.

O que ocorre é que as partículas maiores espalham mais som do que as partículas menores. Assim, uma partícula grande influenciará mais uma partícula pequena do que uma partícula pequena influenciará uma partícula grande. Como resultado, a interação entre uma partícula pequena e uma grande é desequilibrada, ou não-recíproca como dizem os físicos.

E é nisto que está a grande curiosidade da demonstração: As partículas formadoras do cristal do tempo desafiam a Terceira Lei do Movimento de Newton, que afirma que, para cada ação de um objeto, há uma reação igual e oposta. Isto significa que as forças ocorrem sempre em pares equilibrados, ou seja, iguais em magnitude e opostas em direção.

O cristal do tempo por levitação não obedece a essa regra, com as esferas de poliestireno interagindo de forma mais independente, não necessariamente seguindo forças equilibradas – elas se movem de modo não-recíproco.

Analogia com relógio biológico

Além de ser um dispositivo simples, que pode ser reproduzido em qualquer laboratório, o grande feito do novo cristal do tempo está em viabilizar interações mediadas por ondas não restritas pela Terceira Lei de Newton, permitindo que as partículas oscilem espontaneamente enquanto estão suspensas no ar.

E, como é um cristal que oscila no tempo, isso significa que ele contém intrinsecamente um ritmo que equilibra com precisão as forças incomuns que experimenta.

Há muitas formas de explorar isto em pesquisas de diferentes áreas, o que a equipe exemplifica fazendo uma associação entre o comportamento do seu cristal do tempo não-recíproco com os relógios biológicos, ou ritmos circadianos: Assim como este cristal do tempo, algumas redes bioquímicas também interagem de forma não-recíproca, incluindo a forma como o nosso corpo funciona para decompor os alimentos.

“Os cristais do tempo são fascinantes não só pelas possibilidades, mas também porque parecem tão exóticos e complicados,” disse o professor David Grier. “Nosso sistema é notável porque é incrivelmente simples.”