Cuando la existencia de los cristales de tiempo fue propuesta por primera vez en 2012 por el físico Frank Wilczek, la comunidad científica pensó que se trataba de un simple artificio teórico, una consecuencia exótica de la Mecánica cuántica que podía darse en sistemas formados por muchas partículas. Wilczek sostenía que esos extraños «cristales» tenían la capacidad de romper la simetría temporal, cambiando para volver periódicamente al mismo estado. Algo muy similar a lo que los cristales ordinarios hacen en el espacio.
Sin embargo, varios experimentos demostraron más tarde que los cristales de tiempo no eran solo teóricos, sino que podían, hasta cierto punto, crearse realmente en un laboratorio, manteniéndolos en desequilibrio por medio de alguna fuerza externa.
Y ahora, un equipo de físicos dirigido por Norman Yao, de la Universidad de California en Berkeley, sugiere en un artículo recién publicado en Nature Physics que los cristales de tiempo pueden surgir sin necesidad de la Física cuántica. En su artículo, los investigadores sostienen que los sistemas de osciladores puramente clásicos, como los péndulos, podrían tener el mismo comportamiento que sus «alter ego» cuánticos. Y lo que es más, los cristales de tiempo podrían existir, también, en la Naturaleza.
Sistemas clásicos contra cuánticos
Un cristal de tiempo discreto responde a una fuerza impulsora periódica. Y lo hace mostrando algún tipo de oscilación temporal con un periodo diferente, generalmente un múltiplo entero del impulsor. Ya en la década de 1830, Michael Farday demostró que, en teoría, un tipo de osciladores controlados periódicamente y que ahora se conocen como «resonadores paramétricos» pueden sufrir una «duplicación de periodos», lo que significa que oscilan a la mitad de la frecuencia de conducción. Y ese es, precisamente, el tipo de respuesta «subarmónica» que caracteriza a los cristales de tiempo.
Se ha discutido mucho sobre si los sistemas clásicos (es decir, no cuánticos) pueden mostrar el mismo tipo de comportamiento que un cristal de tiempo. El año pasado, por ejemplo, un equipo del Instituto Federal Suizo de Tecnología en Zurich (ETH) demostró experimentalmente que dos cadenas oscilantes acopladas mostraban una duplicación del periodo. Los investigadores, además, señalaron que existe una estrecha analogía entre ese comportamiento y el que se observa en los cristales cuánticos de tiempo.
Pero un auténtcio cristal de tiempo necesita algo más, señalan Yao y su equipo en su estudio. Los cristales discretos de tiempo (DTC) son sistemas abiertos que se mantienen fuera de equilibrio a causa de un aporte de energía de su entorno. Pero en el mundo clásico, ese aporte constante haría que todo el sistema se fuera calentando lentamente. Con el tiempo suficiente, la temperatura podría aumentar sin límite, y eventualmente «derretiría» el cristal de tiempo, de tal forma que el orden periódico desaparecería para siempre. Cosa que no sucede en los cristales cuánticos de tiempo, donde la «localización de muchos cuerpos» inhibe el intercambio de energía y evita la propagación del calor.
Sin embargo, en un sistema clásico no existe un análogo de la «localización de muchos cuerpos», por lo que no queda claro si los cristales de tiempo clásicos podrían permanecer estables frente al calentamiento. Ese es, precisamente, el problema de los resonadores paramétricos de Faraday y también el de las cadenas oscilantes de los científicos de Zurich. En su estudio, Yao y sus colegas señalan que de este modo se añade ruido al sistema, y tampoco está claro si las oscilaciones de los cristales de tiempo podrían soportarlo.
Un primer acercamiento
A pesar de todo, los investigadores han conseguido identificar un sistema clásico simple que podría mostrar el comportamiento de un cristal de tiempo incluso ante la presencia de ruido. Se trata de una serie de péndulos u osciladores, dispuestos en fila y conectados entre sí por resortes. «Y eso -afirma Michael Zaletel, coautor del estudio- es algo que no se había visto hasta ahora».
En el experimento de Yao, el comportamiento del cristal de tiempo no dura indefinidamente, sino que va decayendo poco a poco para terminar «fundiéndose». En palabras de Yao: «No tenemos un auténtico cristal de tiempo clásico. Aunque el nuestro muere en tiempos muy largos». No lo es, pero se parece mucho a uno. Es lo que los investigadores llaman «cristal de tiempo activado».
Yao cree que se podría conseguir un cristal de tiempo que persista indefinidamente si los osciladores o péndulos se unieran de formas más complejas. Incluso está convencido de que sistemas como el suyo, en el que las oscilaciones de cristales de tiempo se mantienen por largo tiempo, podrían encontrarse en la naturaleza, en concreto en sistemas vivos como colonias de células que interactúan entre sí. Tal periodicidad «podría resultar muy útil en Biología – añade Zaletel- . Y por lo general sería suficiente con tenerla durante periodos finitos, pero largos».
