Makroskopischer Zeitkristall verletzt Newtons Drittes Gesetz durch akustische Wechselwirkung

Ein Forschungsteam der New York University (NYU) hat in einem Experiment einen makroskopischen Zeitkristall beobachtet, dessen Bestandteile durch den Austausch von Schallwellen interagieren. Diese Materieform, deren Komponenten mit bloßem Auge sichtbar sind, scheint eine fundamentale Regel der klassischen Mechanik, das Dritte Newtonsche Gesetz, zu verletzen. Die detaillierte Untersuchung dieser nicht-reziproken Wechselwirkungen wurde am 6. Februar 2026 in der Fachzeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht und beschreibt ein bemerkenswert einfaches System.

Das Kernstück des Aufbaus ist ein akustischer Levitator, eine Apparatur von etwa dreißig Zentimetern Höhe, in der kleine Polystyrolkügelchen mithilfe stehender Schallwellen gegen die Schwerkraft in der Schwebe gehalten werden. Treten diese suspendierten Partikel in Kontakt, erfolgt der Kraftaustausch durch die Streuung der Schallwellen. Die resultierende Kraft ist asymmetrisch, da ein größeres Kügelchen mehr Schallenergie streut als ein kleineres. Dies führt dazu, dass die Kraft des größeren Teilchens auf das kleinere größer ist als die entgegengesetzte Rückwirkungskraft.

Diese inhärente Asymmetrie bricht die Reziprozität, die Isaac Newtons Drittes Bewegungsgesetz fordert, welches besagt, dass Kräfte stets paarweise und entgegengesetzt gleich groß sein müssen. Die Verletzung dieser Reziprozität ermöglicht es dem System, eine anhaltende, selbsttragende rhythmische Schwingung aufrechtzuerhalten, was das definierende Merkmal eines Zeitkristalls ist. Die beteiligten Wissenschaftler, darunter Professor David Grier, Leiter des Center for Soft Matter Research der NYU, Doktorandin Mia Morrell und Bachelorstudentin Leela Elliott, haben ein System geschaffen, das seine Muster über Stunden stabil halten kann.

Die Arbeit wirft die Frage auf, ob ein makroskopisches System ein Verhalten zeigen kann, das den Grundsätzen der klassischen Mechanik zu widersprechen scheint. Die Forscher interpretieren diesen Erfolg als die Etablierung eines klassischen, makroskopischen Zeitkristalls, dessen Funktionsweise das Dritte Newtonsche Gesetz außer Kraft setzt. Diese Entdeckung eröffnet Perspektiven für die Untersuchung nicht-reziproker Phänomene in verschiedenen wissenschaftlichen Disziplinen, was die Relevanz der Ergebnisse über die Grundlagenphysik hinaus erweitert.

Im Gegensatz zu Zeitkristallen, die oft als hochkomplexe Quantenphänomene betrachtet werden, zeichnet sich dieses spezielle System durch seine Einfachheit und Beobachtbarkeit aus. Die Forscher sehen Anwendungspotenzial in der Modellierung biologischer nicht-reziproker Dynamiken, wie sie in zirkadianen Rhythmen und Stoffwechselprozessen vorkommen. Darüber hinaus wird diesen neuartigen Zeitkristallen ein Nutzen für die Weiterentwicklung von Quantencomputern, Datenspeichersystemen und hochpräzisen Sensoren zugeschrieben. Die Forschung wurde unter anderem durch Fördergelder der National Science Foundation unterstützt.