Direkt zum Inhalt
Login erforderlich
Dieser Artikel ist Abonnenten mit Zugriffsrechten für diese Ausgabe frei zugänglich.

Quantensysteme: Zeitkristalle

In herkömmlichen Kristallen wiederholen sich räumliche Strukturen regelmäßig. Nun haben Physiker bei exotischen Materiezuständen eine ganz andere Art von Symmetrie entdeckt: in der Zeit!
Uhr mit rückwärtslaufender Ziffernblattspirale

Kristalle sind die ordentlichsten Orte der Welt. Die Atome und Moleküle in ihrem Inneren sortieren sich von selbst zu überaus regelmäßigen, sich wiederholenden Strukturen. Auf die Weise wachsen oft auch größere feste Gebilde heran, die obendrein hübsch anzuschauen sind.

Seit jeher haben Menschen sich von Kristallen faszinieren lassen und sie als Juwelen geschätzt. Als Forscher sie im 19. Jahrhundert hinsichtlich ihrer Formen und ihrer Wirkungen auf Licht klassifizierten, brachte das die Mathematik und die Physik entscheidend voran. Im 20. Jahrhundert entwickelten sich dann zahlreiche technische Revolutionen, etwa die moderne Halbleiterelektronik, auf der Basis der quantenmechanischen Eigenschaften der Elektronen in Kristallen.

Im Lauf des letzten Jahrzehnts sind Physiker beim Verständnis der regelmäßigen Körper nun erneut einen wichtigen Schritt weitergekommen und dabei in eine ganz neue Dimension vorgestoßen. Der Weg dorthin begann bei einem grundlegenden Aspekt von Albert Einsteins Relativitätstheorie: Raum und Zeit sind eng miteinander verwoben. Daher liegt es nahe, zu fragen, ob es nicht nur im Raum Kristalle gibt, sondern auch Objekte vergleichbare Eigenschaften in der Zeit aufweisen können …

Kennen Sie schon …

Spektrum der Wissenschaft – Eine neue Weltformel

Rund 100 Jahre währt die Suche der theoretischen Physik nach einer Quantentheorie der Schwerkraft. Doch vielleicht kann die Gravitation in einer Weltformel so bleiben, wie sie ist – zumindest fast. Experimente könnten die neue Theorie schon bald testen. Außerdem im Heft: Die Bedeutung der Böden der Erde wurden lange unterschätzt. Zahlreiche Organismen im Boden zersetzen abgestorbenes organisches Material und fördern so den globalen Kohlenstoffkreislauf. Gammastrahlenblitze mischen gelegentlich die irdische Ionosphäre durch. Aber brachten kosmische Explosionen das Leben auf der Erde schon einmal an den Rand der Existenz? Selbst unter dem Eis des arktischen Ozeans findet man Lava speiende Vulkane und Schwarze Raucher. Dies bietet einen neuen Blick auf die geologischen Vorgänge in unserem Planeten.

Spektrum - Die Woche – Jung, alternativ, rechts

Die diesjährigen Europawahlen haben gezeigt: Junge Menschen wählen vermehrt rechtspopulistische Parteien. Wieso sind diese Parteien für junge Wähler attraktiv? Mit dieser Frage beschäftigen wir uns in der aktuellen »Woche«. Außerdem: Ist das Konzept der Zeit eine Illusion der Quantenphysik?

Spektrum - Die Woche – 75 Jahre Grundgesetz: »Ein Durchbruch in nur 13 Tagen«

75 Jahre Grundgesetz: Die Historikerin Uta Piereth im Interview über den Verfassungskonvent von Herrenchiemsee, auf dem die Basis für unser Grundgesetz gelegt wurde.

Schreiben Sie uns!

Beitrag schreiben

Wir freuen uns über Ihre Beiträge zu unseren Artikeln und wünschen Ihnen viel Spaß beim Gedankenaustausch auf unseren Seiten! Bitte beachten Sie dabei unsere Kommentarrichtlinien.

Tragen Sie bitte nur Relevantes zum Thema des jeweiligen Artikels vor, und wahren Sie einen respektvollen Umgangston. Die Redaktion behält sich vor, Zuschriften nicht zu veröffentlichen und Ihre Kommentare redaktionell zu bearbeiten. Die Zuschriften können daher leider nicht immer sofort veröffentlicht werden. Bitte geben Sie einen Namen an und Ihren Zuschriften stets eine aussagekräftige Überschrift, damit bei Onlinediskussionen andere Teilnehmende sich leichter auf Ihre Beiträge beziehen können. Ausgewählte Zuschriften können ohne separate Rücksprache auch in unseren gedruckten und digitalen Magazinen veröffentlicht werden. Vielen Dank!

  • Quellen

Choi, S.: Observation of discrete time-crystalline order in a disordered dipolar many-body system. Nature 543, 2017

Shapere, A., Wilczek, F.: Classical time crystals. Physical Review Letters 109, 2012

Wilczek, F.: Quantum time crystals. Physical Review Letters 109, 2012

Yao, N. Y., Nayak, C.: Time crystals in periodically driven systems. Reports on Progress in Physics 81, 2018

Zhang, J. et al.: Observation of a discrete time crystal. Nature 543, 2017

Bitte erlauben Sie Javascript, um die volle Funktionalität von Spektrum.de zu erhalten.