能用來穿梭時空不？美國科學家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)時間晶體！

“晶體”這詞，對一般人來說，是純凈透明的珠寶，或是璀璨生輝的水晶。

對學霸來說，“晶體”指的則是固態(tài)物質(zhì)的一種，其原子或分子在三維空間按一定規(guī)律周期重復排列。

而對每周工作時間超過100小時的加州大學伯克利分校研究者Norman Yao來說，傳統(tǒng)意義上的“晶體”不過是宇宙冰山的一角。

這位物理學助理教授在去年與馬里蘭大學和哈佛大學的兩組研究者獨立制造出了“時間晶體”(time crystals)，并成為了這兩份論文的合著者。在上周發(fā)表于期刊Physical Review Letters上的一篇論文中，他正式介紹了制造時間晶體的辦法，并且講解了這一種相態(tài)的性質(zhì)。

愛因斯坦告訴我們，我們所生活的世界是個四維時空。除了我們看得見摸得到的三維空間外，還存在“時間”這第四個維度。

既然普通的晶體，如六邊分形的雪花或是蜂窩六面體的鉆石，在三維空間里有規(guī)律地排列著，那么有沒有一種物質(zhì)形態(tài)，在時間軸上也存在著固定的周期性變化?

時間晶體這一概念，在2012年由諾獎得主維爾切克(Frank Wilczek)首次提出。2016年，來自普林斯頓大學和加州大學圣塔芭芭拉分校的理論物理學家各自獨立證明了這種晶體存在的合理性。Yao表示，他帶領的伯克利研究組起到的作用是“連接理論和實證的橋梁。”

時間晶體在時間上呈有規(guī)律的重復排列。Yao表示，時間晶體是一種新的相態(tài)，是目前剛剛被物理學界發(fā)現(xiàn)的非平衡態(tài)物質(zhì)(non-equilibrium matter)之一。“在過去的半個世界里，我們一直在探究平衡態(tài)物質(zhì)。對非平衡態(tài)物質(zhì)領域的探索才剛剛開始。”

從量子力學的角度看，聚集的電子可以組成一種特殊的，穩(wěn)定的，可以被稱為晶體的物質(zhì)，不需遵守原子組成的三維結(jié)構(gòu)需要遵循的空間平移對稱性(spatial translation symmetry)原則。

時間晶體打破了普通晶體帶有的時間對稱性。三維晶體的振動頻率不會高于驅(qū)動源帶給其的振動頻率。(想象你在跳繩，繩子翻轉(zhuǎn)的速度不會高于你手甩動的速度。)而在實驗室里造出的時間晶體中，鐿原子系統(tǒng)的振動頻率可以達到兩倍于驅(qū)動源的頻率。(如手只甩了一圈，手中的跳繩卻轉(zhuǎn)了兩圈。)

Yao本人還沒有發(fā)現(xiàn)時間晶體的實際利用渠道，但在理論上，其它非平衡態(tài)物質(zhì)具有保持永久記憶的能力(不需要外部能量輸入便能保持內(nèi)部運動狀態(tài))，或?qū)⒈挥糜诹孔佑嬎銠C的數(shù)據(jù)存儲中。在物理學家的想象里，如果人類能將時間晶體和空間晶體的特性結(jié)合，我們便能制造出能“保存到宇宙盡頭”的時空晶體。