Tahun lalu, fisikawan menciptakan kristal waktu—susunan atom yang mengulangi pola gerak—yang terlihat oleh mata telanjang. Namun, riset terbaru tentang keanehan kuantum ini mungkin menandakan lompatan yang jauh lebih signifikan.
Kristal waktu ini, yang dijelaskan dalam makalah Physical Review Letters terkini, cukup besar untuk digenggam, dan ia melayang. Ditemukan oleh tim fisikawan di Universitas New York (NYU), jenis baru kristal waktu ini terdiri dari manik-manik mirip styrofoam yang melayang di atas bantalan gelombang suara sambil saling bertukar gelombang suara.
Jika hal itu belum cukup aneh, kristal waktu melakukan ini dengan melanggar fisika Newton—dan tim meyakini hal itu memberikan signifikansi baik akademis maupun praktis bagi kristal baru ini.
“Ini adalah penemuan dalam arti yang sesungguhnya,” ujar David G. Grier, penulis senior studi dan fisikawan di NYU, kepada Gizmodo. “Mungkin hal yang paling luar biasa adalah bahwa perilaku yang begitu kaya dan menarik muncul dari sistem yang begitu sederhana.”
Apa itu kristal waktu?
Pada 2012, peraih Nobel Frank Wilczek mengajukan gagasan tentang kristal mustahil yang melanggar kaidah simetri dalam fisika. Biasanya, kristal padat mempertahankan kisi berkelanjutan dari komponen-komponen penyusunnya. Namun, kristal waktu justru melakukan sebaliknya, dengan atom-atom individual di dalamnya mengubah posisi seiring waktu dalam pola yang relatif terdefinisi.
Dalam dekade terakhir atau lebih, fisikawan berhasil menemukan berbagai varian dari visi Wilczek. Tetapi contoh-contoh ini kebanyakan menampilkan kristal waktu mikroskopis berumur pendek dengan implikasi praktis yang minimal. Baru tahun lalu, satu tim di Universitas Colorado Boulder mengusulkan desain kristal waktu yang benar-benar dapat kita lihat.
Styrofoam menunjukkan keunikan baru
Tatanan sistem kristal waktu baru ini. Sebuah manik (ungu) melayang di udara oleh gelombang suara yang dipancarkan dari speaker melingkar (hitam) yang disusun dalam bingkai cetak 3D setinggi enam inci. Kredit: NYU Center for Soft Matter Research
Kristal waktu yang baru ditemukan ini mungkin mewakili kemajuan besar dalam relevansi praktis kristal waktu. Salah satunya, manik dalam eksperimen ini adalah polistirena ekspansi—bahan yang sama digunakan untuk kemasan styrofoam.
Tim mengubah bahan umum ini menjadi kristal waktu dengan menggantungkan manik-manik styrofoam dalam gelombang suara. Dengan sendirinya, manik tersebut mengambang tanpa gerak, tetapi keadaan mulai berubah begitu beberapa manik melayang bersama-sama.
Dalam sistem ini, setiap manik memancarkan bagian gelombang suaranya sendiri. Itu berkontribusi pada suatu sistem keseluruhan “interaksi tak seimbang” yang pada dasarnya memungkinkan partikel untuk mengambil dan menyuplai energi dari gelombang suara, jelas Grier. “Intinya adalah bahwa kristal waktu memilih frekuensinya sendiri tanpa diberi tahu oleh gaya eksternal mana pun.”
Yang paling sederhana?
Lebih lanjut, interaksi ini tidak terikat pada hukum ketiga gerak Newton, yang menyatakan bahwa dua benda yang mengerahkan gaya satu sama lain harus mengerahkan gaya yang sama besar dalam arah berlawanan.
“Bayangkan dua feri berukuran berbeda mendekati dermaga,” kata Mia Morrell, penulis utama studi dan mahasiswa pascasarjana di NYU, dalam pernyataan universitas. “Masing-masing membuat gelombang air yang saling mendorong—tetapi dengan tingkat yang berbeda, tergantung ukurannya.”
Gambar gerak henti yang memperlihatkan pasangan manik berskala milimeter membentuk kristal waktu selama kira-kira sepertiga detik. Warna mewakili interaksi manik pada tahapan berbeda selama periode ini. Kredit: NYU Center for Soft Matter Research
Menurut Grier, kesederhanaan mutlak dari tatanan kristal waktu ini berpotensi menjadikannya “atom hidrogen” untuk fenomena ini—menyoroti potensinya di berbagai konteks lain, seperti “pemacu saraf di jantung kita hingga tren siklik di pasar finansial.”
“Kami berharap bahwa dengan mempelajari model minimalis ini, kita akan mendapatkan akses ke wawasan terdalam tentang kemunculan spontan jam dalam manifestasi yang lebih umum dan lebih kompleks,” tambahnya.