北京時間6月19日消息，據(jù)國外媒體報道，“時間晶體”的概念最初提出于2012年。2017年，科學(xué)家首次觀察到現(xiàn)實中的離散時間晶體。我們熟悉的晶體均為“準晶體”形式，因此不久便發(fā)現(xiàn)了時間“準晶體”。而科學(xué)家如今找到了一種同時也是時間“超固體”的時間“準晶體”。聽不懂沒關(guān)系，畢竟作者自己也不是很明白。
▲雖然聽起來魔幻，但時間晶體和魔法毫無關(guān)聯(lián)。
先來梳理一下這句話的成分，看看你能理解多少。
晶體和準晶體
晶體是指物質(zhì)單位按一定周期在空間中不斷重復(fù)排列成的結(jié)構(gòu)，因此可以無空隙地填滿空間。這些單位只能重復(fù)、不能旋轉(zhuǎn)。由原子構(gòu)成的方格可以填滿整個空間。準晶體同樣用重復(fù)的單位無間隙地填滿空間，但這些單位可以旋轉(zhuǎn)。準晶體的結(jié)構(gòu)同樣呈有序排列，但與我們熟悉的“有序”不同，在準晶體中，兩塊部分重疊的圖案按照不同的間隔重復(fù)排列。最重要的是，其間隔之比并非整數(shù)。
將空間換成時間
在離散時間晶體中，重復(fù)排列的不是原子位置，而是某種行為。但可別把它想成來回搖晃的擺錘，這兩者其實有所區(qū)別。假設(shè)我要將擺錘做成一個時間晶體。擺錘有天然的振蕩頻率。我可以按這一頻率推動擺錘，讓它開始擺動。也可以固有頻率的一半推動它，擺錘照樣能正常擺動。
但我不能按固有頻率的兩倍推動擺錘，否則擺錘就無法正常運動。因為第一次推動讓擺錘開始運動，第二次則剛好讓擺錘停止運動。要想讓擺錘有力振蕩起來，擺錘的固有頻率就必須為推動擺錘的頻率的整數(shù)倍。
在離散時間晶體中，我們推動“擺錘”振動的頻率與其固有頻率并不吻合。但其振動并不會因此停止，反而會按照既非固有頻率、也不符合驅(qū)動頻率的新頻率來回振動。如果能造出這種物質(zhì)，也許就得到了時間晶體。
與普通準晶體類似，時間準晶體可同時出現(xiàn)兩種不同的振動頻率，就像一條繩子上同時出現(xiàn)兩種振動波。但這些頻率都不是驅(qū)動頻率的整數(shù)倍。并且和普通準晶體一樣，這兩種頻率之比也并非整數(shù)。
稀奇古怪的性質(zhì)
研究人員使用冷卻至絕對零度的氦-3（少一個中子的氦同位素）來觀察時間晶體和時間準晶體。由于原子核中粒子數(shù)量為奇數(shù)，氦-3的磁矩很強。且氦原子磁矩均指向同一方向，構(gòu)成了所謂“磁振子”。
研究人員觀察到了一種時間準晶體，由在空間中緩慢自旋的磁振子構(gòu)成。這些磁振子由裝有氦的容器產(chǎn)生的磁場、以及另外施加的射頻場驅(qū)動。結(jié)果磁振子產(chǎn)生了兩種振動頻率，既非驅(qū)動場頻率的整數(shù)倍，也不是彼此的整數(shù)倍。
這一部分是因為驅(qū)動磁振子的射頻場只能輸入隨機能量。而這樣一來就更難理解了。就像一個嬰兒在亂敲鋼琴鍵，但你聽到的不是亂七八糟的噪音，而是整整齊齊、不斷重復(fù)的音階。
研究人員將射頻場關(guān)閉之后，時間準晶體很快便分崩離析，系統(tǒng)進而形成了離散時間晶體。氦磁場可改變?nèi)萜鞯男螤睿购ぴ釉谄渲邪l(fā)生碰撞，系統(tǒng)的驅(qū)動頻率正是來源于此。
但這一過程無法一直持續(xù)下去。隨著氦原子四處碰撞，有些氦原子會發(fā)生翻轉(zhuǎn)、改變朝向。它們的磁場方向也會隨之翻轉(zhuǎn)，導(dǎo)致它們被拋離系統(tǒng)。久而久之，離散時間晶體便會逐漸銷蝕不見。
超固體時間晶體
讀到這里，是不是覺得這東西古怪極了？別急，它還能更古怪呢。氦-3在低溫下會形成一種特殊的超流體，名叫拓撲超流體。而氦形成的磁振子的自旋非零，這一性質(zhì)必須保持不變。因此自旋在氦-3中的傳輸也呈現(xiàn)出超流體特性，就像“超流體中的超流體”。
這種磁振子也屬于時間晶體。如果我們將晶體視為一種時間固體，那么這種時間晶體必為超固體。
什么是超固體？其實就是沒有摩擦力的固體。兩塊超固體從彼此表面擦過時，不會損失任何能量?，F(xiàn)實中是否存在超固體仍是個爭議話題，相關(guān)證據(jù)也模棱兩可。將超固體等同于時間晶體似乎還為時過早。
不過話說回來，這方面的研究還是很酷炫的，是不是？
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