科學家們證實了！一個全新的物質時代：時間晶體！
幾個月來，人們一直在猜測，研究人員可能最終創造出了時間晶體——一種奇怪的晶體，其原子結構不僅在空間中重複，而且在時間上，使它們在沒有能量的情況下持續振蕩。
現在，官方的研究人員已經詳細報道了如何製造和測量這些奇異的晶體。兩個獨立的科學家團隊聲稱他們在實驗室中根據這個藍圖創造了時間結晶，證實了一個全新的物質階段的存在。
這一發現聽起來可能很抽象，但它預示著物理學的一個全新時代——幾十年來，我們一直在研究被定義為「平衡」的物質，如金屬和絕緣體。
但有人預測，宇宙中還有許多更奇怪的物質，它們並不處於平衡狀態，我們甚至還沒有開始研究，包括時間晶體。現在我們知道它們是真實的。
我們現在有了第一個非平衡物質的例子，這可能會在我們對周圍世界的理解以及量子計算等新技術上取得突破。
加州大學伯克利分校的首席研究員Norman Yao說:「這是一個新的物質階段，但它也很酷，因為它是第一個非平衡物質的例子。」
在過去的半個世紀里，我們一直在探索平衡物質，比如金屬和絕緣體。我們剛剛開始探索一種全新的非平衡物質景觀。
讓我們暫時後退一步，因為時間晶體的概念已經流傳了好幾年了。
早在2012年諾貝爾獎得主、理論物理學家弗蘭克·維爾切克(Frank Wilczek)的預測中，時間晶體是一種結構，即使處於最低的能量狀態(也稱為基態)，也會出現運動。
通常當物質處於基態時，也就是系統的零點能，它意味著運動在理論上是不可能的，因為它需要消耗能量。
但是Wilczek預測，這可能不是時間晶體的情況。
正常晶體的原子結構在空間中重複，就像鑽石的碳晶格一樣。但是，就像紅寶石或鑽石一樣，它們靜止不動，因為它們處於基態的平衡狀態。
但是時間晶體的結構是在時間上重複的，而不僅僅是在空間中。它一直在基態振蕩。
想像一下，它就像果凍一樣——當你輕拍它時，它會反覆搖晃。同樣的事情在時間晶體中也會發生，但最大的不同是運動沒有任何能量。
一個時間晶體就像在自然的基態中不斷地振蕩果凍，這就是使它成為物質的一個全新的階段——非平衡物質。它不能靜止不動。
但是，預測這些時間晶體的存在是一件事，這是另一件完全可以做的事情，這就是新研究的切入點。
姚明和他的研究小組已經提出了一個詳細的藍圖,描述如何製作和測量時間晶體的性質,甚至預測時間晶體周圍的不同階段應該——這意味著他們已經制定了相當於固體,液體和氣體階段的新階段。
在《物理評論快報》上發表的文章中，姚明稱這篇論文是「理論思想與實驗實現之間的橋樑」。
這也不僅僅是猜測。根據姚明的藍圖，兩個獨立的團隊——一個來自馬里蘭大學，另一個來自哈佛——現在已經按照指令創建了自己的時間水晶。
這兩項發展都是在去年年底前在預印網站arXiv.org(這裡和這裡)宣布的，並已提交到同行評審的期刊上發表。姚明是這兩篇文章的合著者。
當我們等待論文發表的時候，我們需要對這兩種說法持懷疑態度。但事實上，兩個獨立的團隊使用相同的藍圖將時間結晶從截然不同的系統中分離出來，這是很有希望的。
馬里蘭大學的時間晶體是由10個鐿離子的conga線形成的，它們都有纏繞的電子自旋。
將這種裝置轉變成時間晶體的關鍵是使離子不處於平衡狀態，而研究人員用兩束激光對它們進行交替照射。一種激光產生了磁場，第二束激光部分地翻轉了原子的自旋。
因為所有原子的自旋都被糾纏在一起，原子就形成了一個穩定的、重複的旋轉模式，這就定義了一個晶體。
這很正常，但要成為一個時間晶體，系統必須打破時間對稱。觀察鐿原子conga線，研究人員注意到它正在做一些奇怪的事情。
這兩種周期性地輕推鐿原子的激光器在系統中產生了重複的兩倍，這在正常的系統中是不可能發生的。
「如果你搖晃果凍，發現它在不同的時期有反應，這不是很奇怪嗎?」」姚明說。
但這就是時間水晶的精髓所在。你有一個周期為T的周期驅動，但是系統以某種方式同步所以你觀察系統振蕩的周期比T大。
在不同的磁場和激光脈衝下，時間晶體會改變相位，就像一個冰塊融化一樣。
哈佛時代的水晶是不同的。研究人員用鑽石密集填充的氮空位來設置，但結果是一樣的。
來自印第安納大學的Phil Richerme解釋說:「在兩個迥然不同的系統中取得的相似結果表明，時間晶體是一個廣泛的新階段，而不僅僅是一種被局限於小型或狹義系統的好奇心。」
「觀察離散時間晶體……」確認對稱性破斷可以發生在所有的自然領域，並為研究的幾個新途徑掃清了道路。
姚明的藍圖已經發表在《物理評論快報》上，你可以在這裡看到哈佛時代的水晶紙，還有馬里蘭大學的論文。
你了解了什麼是時間晶體了嗎？
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