查了一下,挺有意思: Time crystals are named such because their crystalline nature does not come about by patterned spatial ordering, but instead by a repeating ordered pattern of motion in the temporal domain. First theorized in 2012 by Nobel Laureate Frank Wilczek and identified in 2016, time crystals are a bit of an oddity in physics (they were previously thought to be impossible when Wilczek first proposed the idea), due to their repeating motion in time despite no external input. Their atoms are constantly oscillating, spinning, or moving first in one direction, and then the other... a seeming perpetual motion.
时间晶体示意图。 图:微博
最新科学期刊发表文章,在一次的实验中创造出了两个时间晶体,第一次让它们互相接触时,它们共存了超过15 分钟。内容称,时间晶体不仅能被造出来,未来还有希望应用于各种设备中。
根据《自然·通讯》(Nature Communications)期刊的一份研究称,团队正在研究的时间晶体包括了称作磁振子(magnons)的准粒子(quasiparticle)。而所谓晶体,就是内部结构都按照特定规律重複排布的物质,像是盐、雪花;而时间晶体就是内部的结构按照一定的时间规律重複的物质。这次实验将两个时间晶体互相接触,学者观察到了它们共存了超过 15 分钟,这是史上首次两个时间晶体连结在一起。
此研究计划的学者,英国兰卡斯特大学的物理学家沙穆里·奥地博士(Samuli Autti)说:“每个人都知道永动机是不可能发生的。但是,在量子物理当中,只要我们闭上眼睛,永动机是可能发生的。藉由潜入这个裂缝中,我们就可以制作时间晶体。”奥蒂提到的事量子力学中的海森堡(Heisenberg)测不准原理(不确定性原理),原理认为粒子的位置与动量不可同时被确定,位置的不确定性越小,则动量的不确定性越大,反之亦然。
所以实验中,其一的量子系统一旦被测量到,另一方的系统波函数就会无法测量,所以理论上时间晶体只能以单一个体存在。但在这次实验中,不仅造出了两个时间晶体,而且让它们维持了十几分钟。
研究人员把氦3(Helium-3)冷却到 0.0001K 的低温,使其成为超流体,等同于毫无摩擦力,粒子间的摩擦运动不会损失动能。并在超流体内造出了两个时间晶体让它们接触,研究人员观察到它们在接近约 1,000 秒后,波函数才坍塌。
奥地表示:“最终结果发现,当两个时间晶体放在一起时能短暂连结,而且我们也知道时间晶体可以在室温下存在。”同时对之后的后续研究表示乐观,未来期望在量子运算、量子资讯处理等领域运用,但要如何实际运用还需时间证明。
英国兰卡斯特大学物理学家沙穆里·奥地博士(Samuli Autti)。 图:英国兰卡斯特大学网站
氦3原子示意图,包含原子核中的两个质子、一个中子和外围绕原子核旋转的两个电子。 图:中文百科知识