能用來(lái)穿梭時(shí)空不？美國(guó)科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)時(shí)間晶體！

“晶體”這詞，對(duì)一般人來(lái)說(shuō)，是純凈透明的珠寶，或是璀璨生輝的水晶。

對(duì)學(xué)霸來(lái)說(shuō)，“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(fù)排列。

而對(duì)每周工作時(shí)間超過(guò)100小時(shí)的加州大學(xué)伯克利分校研究者Norman Yao來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)意義上的“晶體”不過(guò)是宇宙冰山的一角。

這位物理學(xué)助理教授在去年與馬里蘭大學(xué)和哈佛大學(xué)的兩組研究者獨(dú)立制造出了“時(shí)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(shí)間晶體的辦法，并且講解了這一種相態(tài)的性質(zhì)。

愛(ài)因斯坦告訴我們，我們所生活的世界是個(gè)四維時(shí)空。除了我們看得見(jiàn)摸得到的三維空間外，還存在“時(shí)間”這第四個(gè)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(méi)有一種物質(zhì)形態(tài)，在時(shí)間軸上也存在著固定的周期性變化?

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

時(shí)間晶體在時(shí)間上呈有規(guī)律的重復(fù)排列。Yao表示，時(shí)間晶體是一種新的相態(tài)，是目前剛剛被物理學(xué)界發(fā)現(xiàn)的非平衡態(tài)物質(zhì)(non-equilibrium matter)之一。“在過(guò)去的半個(gè)世界里，我們一直在探究平衡態(tài)物質(zhì)。對(duì)非平衡態(tài)物質(zhì)領(lǐng)域的探索才剛剛開(kāi)始。”

從量子力學(xué)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(duì)稱性(spatial translation symmetry)原則。

時(shí)間晶體打破了普通晶體帶有的時(shí)間對(duì)稱性。三維晶體的振動(dòng)頻率不會(huì)高于驅(qū)動(dòng)源帶給其的振動(dòng)頻率。(想象你在跳繩，繩子翻轉(zhuǎn)的速度不會(huì)高于你手甩動(dòng)的速度。)而在實(shí)驗(yàn)室里造出的時(shí)間晶體中，鐿原子系統(tǒng)的振動(dòng)頻率可以達(dá)到兩倍于驅(qū)動(dòng)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(méi)有發(fā)現(xiàn)時(shí)間晶體的實(shí)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(yùn)動(dòng)狀態(tài))，或?qū)⒈挥糜诹孔佑?jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中。在物理學(xué)家的想象里，如果人類能將時(shí)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(shí)空晶體。