http://tieku.fi/fysiikka/aikakiteet-antavat-tietokoneelle-loputtoman-laskentakyvynAikakiteet tulee.
http://tieku.fi/fysiikka/aikakiteet-antavat-tietokoneelle-loputtoman-laskentakyvynNe muuttavat itsestään muotoaan, niillä on oma rytminsä, eikä niiden pitäisi edes olla olemassa. Nyt tutkijat ovat kuitenkin luoneet aikakiteitä, jotka voivat tehdä tulevaisuuden tietokoneesta erittäin tehokkaan ja energiapihin.
Kuvittele pallo, joka on maassa. Kaikkien kappaleiden tavoin sillä on joukko fyysisiä ominaisuuksia, jotka ilmaisevat sen kolmiulotteisen muodon. Pallo on säännöllisen pyöreä, ja sillä on tietty läpimitta, josta taas sen – ihan niin kuin muidenkin pyöreiden esineiden – ympärysmitta riippuu.
Tämä pallo on kuitenkin sikäli poikkeuksellinen, että sen muotoon vaikuttaa neljäs ulottuvuus: aika. Joka kymmenes sekunti pallo muuttaa itsestään muotoaan ja muuttuu soikeaksi. Kymmenen sekunnin päästä se muuttuu uudestaan pyöreäksi. Tällainen pallo on neliulotteinen.
Vielä vähän aikaa sitten jokainen fyysikko piti neliulotteisen pallon olemassaoloa mahdottomana, koska se rikkoo tiettyjä perusluonteisia luonnonlakeja. Hiljattain kaksi tutkimusryhmää sai kuitenkin toisistaan tietämättä mikroskooppisten kiteiden hiukkaset kääntymään ja muuttamaan ominaisuuksiaan säännöllisesti. Kiteet edustavat aivan uutta aineen olomuotoa, joka ei ole kiinteä, nestemäinen, kaasumainen eikä plasmamainen vaan joka on ajasta riippuvainen.
Tutkijat puhuvat aikakiteistä ja pitävät niitä mahdollisina ratkaisun avaimina kehitettäessä tulevaisuuden vakaita, vähän energiaa kuluttavia kvanttitietokoneita.
Aikakiteet olivat aluksi olemassa vain Nobelin palkinnon saaneen yhdysvaltalaisfyysikon Frank Wilczekin päässä. Hänen ideansa perustui tavallisiin kolmiulotteisiin kiteisiin, kuten suola- ja jääkiteisiin.
Kiteet ovat atomitasolla kiinnostava fysiikan tutkimuskohde, koska ne rikkovat niin sanottua avaruudellista symmetriaa. Se ilmenee esimerkiksi lasillisessa nestemäistä vettä. Vesimolekyylit täyttävät astian tasakoosteisesti, mikä tarkoittaa sitä, että kaksi eri kohdista astiaa otettua näytettä ovat kauttaaltaan samanlaiset.
Kun vesi jäätyy lasissa ja saa kiinteän kidemuodon, molekyylit järjestyvät toistuviksi pysyviksi rakenteiksi, jotka ovat avaruudellisesti epäsymmetrisiä. Siksi kahdesta eri kohdasta otetut näytteet eivät ole täysin yhtäläiset.
Eroa voidaan havainnollistaa leikkaamalla samankokoiset palat kahdesta erilaisesta matosta, joista toinen on yksivärinen, toinen kuviollinen. Yksivärisestä matosta voidaan ottaa näytekappale mistä vain, eikä se muutu siitä miksikään. Kuviomatosta irrotettavan palan ulkonäköön taas vaikuttaa se, mistä kohtaa leikataan.
Kun Wilczek tutki kiderakenteita vuonna 2012, hän alkoi pohtia, voisiko olla olemassa aineita, jotka eivät olisi ainoastaan avaruudellisesti epäsymmetrisiä kuten kiteet vaan myös ajallisesti epäsymmetrisiä. Käytännössä ominaisuus tarkoittaisi sitä, että kappale, joka ei saa eikä luovuta energiaa, voi muuttaa ominaisuuksiaan pelkästään siksi, että aika kuluu. Mattoesimerkin tapauksessa ajallisesti epäsymmetrisen tekstiilin kuvio ei siis riippuisi siitä, mistä kappale leikataan, vaan siitä, milloin se leikataan.
Vaikka idea otettiin enimmäkseen innostuneesti vastaan, se herätti myös ärtymystä. Hiukkaset, jotka muuttuvat itsestään ajan mittaan, sotivat nimittäin yhtä fysiikan pääperiaatetta vastaan. Sen mukaan maa ilmankaikkeuden energiamäärä on vakio, toisin sanoen energiaa ei voi syntyä eikä kadota, mutta sen muodot voivat muuttua toisiksi kuten lämpö valoksi.
Jos aikakiteet muuttavat muotoaan ilman lisättyä energiaa, niiden pitää nyhjäistä sitä tyhjästä. Niinpä aika kide on ikiliikkuja, jota fysiikan lakien mukaan ei kuitenkaan voi olla olemassa.