幾個月以來，科學(xué)家們一直思索著這樣一件事——他們可能終于創(chuàng)造了時間晶體 。 時間晶體具有特殊的原子結(jié)構(gòu)，在時間和空間上都具有周期性 。 它們處于一種穩(wěn)定的最低能量狀態(tài)，能夠在不需要能量的情況下維持振動 。
現(xiàn)在，這一發(fā)現(xiàn)已經(jīng)成為了官方消息——研究人員詳細(xì)解釋了如何制作并且測量這種怪異的晶體 。 兩組獨立的科學(xué)研究團(tuán)隊聲稱，他們已經(jīng)根據(jù)設(shè)計圖在實驗室環(huán)境下創(chuàng)造出時間晶體， 從而，確認(rèn)了這一嶄新物質(zhì)形態(tài)的存在 。
這一發(fā)現(xiàn)聽起來可能非常抽象，但它預(yù)示著物理學(xué)進(jìn)入了一個新的階段 。 畢竟，幾十年來，我們一直在研究金屬和絕緣體等被定義為“平衡態(tài)”的物質(zhì) 。
但是，根據(jù)預(yù)測，宇宙中還存在著更多的處于非平衡態(tài)的奇異物質(zhì)，我們還未能解開這些物質(zhì)的謎團(tuán)，時間晶體就是其中之一 。 現(xiàn)在，我們了解到，這些物質(zhì)是真實存在的 。
事實上，首次發(fā)現(xiàn)非平衡態(tài)物質(zhì)的存在不僅有助于我們了解周圍的世界，也能幫助我們在量子計算等新技術(shù)領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展 。
來自加州大學(xué)伯克利分校的負(fù)責(zé)這一項目的研究員Norman Yao 說：“這是一種新的物質(zhì)形態(tài) 。 這一形態(tài)非常了不起的原因在于，它是第一批非平衡態(tài)物質(zhì)之一 。 ”
“在過去的半個世紀(jì)，我們一直在研究像金屬和絕緣體這樣處于平衡態(tài)的物質(zhì) 。 現(xiàn)在，我們對非平衡態(tài)物質(zhì)領(lǐng)域的探索才剛剛開始 。 這是一個全新的領(lǐng)域 。 ”
這幾年，時間晶體這一概念一直在科學(xué)家的腦海里盤旋 。 我們不妨來回顧一下時間晶體的研究發(fā)展 。
2012年，理論物理學(xué)家及諾貝爾獎獲得者Frank Wilczek首先預(yù)測了時間晶體的存在 。 他表示，即使是在能量最低的狀態(tài)下，一般稱為基態(tài)，時間晶體的結(jié)構(gòu)也允許其維持運(yùn)動 。
通常情況下，當(dāng)一種物質(zhì)處于基態(tài)，也就是系統(tǒng)的零點能量時，它在理論上是不可能運(yùn)動的 。 因為，運(yùn)動是需要耗能的 。
但Wilczek預(yù)測道，對于時間晶體而言，事實可能并非如此 。
普通晶體是一種具有空間周期性的原子結(jié)構(gòu)，比如金剛石晶格 。 但是，紅寶石或金剛石都是靜止的，因為在基態(tài)下它們處于平衡狀態(tài) 。
然而，時間晶體不僅具有空間周期性，在時間上也具有周期性，這樣它們在基態(tài)下就能夠振動 。
把時間晶體想象成果凍吧，當(dāng)你輕輕觸碰果凍時，它會輕輕晃動 。 時間晶體也同樣如此 。 但巨大的差異在于，時間晶體的運(yùn)動不需要任何能量就可以發(fā)生 。
一塊時間晶體在自然的基態(tài)下就像是一個不停晃動的果凍 。 這也是它成為一種新的物質(zhì)形態(tài)的原因 。 作為一種非平衡態(tài)物質(zhì)，時間晶體在基態(tài)下也會不斷晃動，根本“停不下來” 。
然而，確認(rèn)這些時間晶體的存在是一回事，想要創(chuàng)造它們則是一件完全不同的事 。 這也是這項新研究的意義所在 。
Yao和他的團(tuán)隊推出了一份設(shè)計圖，詳細(xì)地描述如何制作時間晶體，并測量其性能 。 他們甚至還預(yù)測了時間晶體周圍的各種物質(zhì)形態(tài)——也就是說，他們勾勒出了普通晶體的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)分別對應(yīng)時間晶體怎樣的狀態(tài) 。
目前，這一研究成果已經(jīng)發(fā)表在《物理評論快報》上，Yao將這篇論文稱為“理論物理和實驗驗證之間的橋梁” 。
時間晶體不再僅僅是一種預(yù)測了 。 根據(jù)Yao提供的設(shè)計圖，兩個分別來自馬里蘭大學(xué)和哈佛大學(xué)的獨立的研究團(tuán)隊正在根據(jù)說明創(chuàng)建屬于自己的時間晶體 。
這兩個團(tuán)隊將創(chuàng)建時間晶體的情況寫成論文，并于去年年末在相關(guān)網(wǎng)站上發(fā)布了“預(yù)覽版” 。 目前，論文已進(jìn)入出版環(huán)節(jié)的同行評審階段 。 在這兩篇論文中，Yao都是合著者 。
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