物质的新相态：时间晶体

2017-02-04 18:50 来源:网络整理作者：摸金校尉

“晶体”这词，对一般人来说，是纯净透明的珠宝，或是璀璨生辉的水晶。

对学霸来说，“晶体”指的则是固态物质的一种，其原子或分子在三维空间按必然纪律周期反复分列。

而对每周事情时间高出100小时的加州大学伯克利分校研究者Norman Yao来说，传统意义上的“晶体”不外是宇宙冰山的一角。

时间晶体

这位物理学助理传授在去年与马里兰大学和哈佛大学的两组研究者独立制造出了“时间晶体”(time crystals)，并成为了这两份论文的合著者。在上周颁发于期刊Physical Review Letters上的一篇论文中，他正式先容了制造时间晶体的步伐，而且讲授了这一种相态的性质。

爱因斯坦汇报我们，我们所糊口的世界是个四维时空。除了我们看得见摸获得的三维空间外，还存在“时间”这第四个维度。

既然普通的晶体，如六边分形的雪花或是蜂窝六面体的钻石，在三维空间里有纪律地分列着，那么有没有一种物质形态，在时间轴上也存在着牢靠的周期性变革?

时间晶体这一观念，在2012年由诺奖得主维尔切克(Frank Wilczek)首次提出。2016年，来自普林斯顿大学和加州大学圣塔芭芭拉分校的理论物理学家各自独立证明白这种晶体存在的公道性。Yao暗示，他教育的伯克利研究组起到的浸染是“毗连理论和实证的桥梁。”

时间晶体在时间上呈有纪律的反复分列。Yao暗示，时间晶体是一种新的相态，是今朝方才被物理学界发明的非均衡态物质(non-equilibrium matter)之一。“在已往的半个世界里，我们一直在探究均衡态物质。对非均衡态物质规模的摸索才方才开始。”

时间晶体

从量子力学的角度看，聚积的电子可以构成一种非凡的，不变的，可以被称为晶体的物质，不需遵守原子构成的三维布局需要遵循的空间平移对称性(spatial translation symmetry)原则。

时间晶体冲破了普通晶体带有的时间对称性。三维晶体的振动频率不会高于驱动源带给其的振动频率。(想象你在跳绳，绳子翻转的速度不会高于你手甩动的速度。)而在尝试室里造出的时间晶体中，镱原子系统的振动频率可以到达两倍于驱动源的频率。(如手只甩了一圈，手中的跳绳却转了两圈。)

Yao本人还没有发明时间晶体的实际操作渠道，但在理论上，其它非均衡态物质具有保持永久影象的本领(不需要外部能量输入便能保持内部举动状态)，或将被用于量子计较机的数据存储中。在物理学家的想象里，假如人类能将时间晶体和空间晶体的特性团结，我们便能制造出能“生存到宇宙止境”的时空晶体。

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