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时间晶体不再是科幻
对多数人而言,提到晶体就会联想到等深受人们喜爱的贵重物品.但对物理学家来说,这些由规则原子结构在空间重复排列的晶体只代表冰山一角,原子结构还能在特定条件下沿着时间轴呈现周期性变化,即所谓的“时间晶体”.
不久前,哈佛大学和马里兰大学两个独立的科研团队首次用不同方法同时制造出“时间晶体”,宣告了“时间晶体”不再只是科幻电影《神秘博士》中虚拟的“时空穿梭机”,更为人类研究物质特性打开了全新的思维方式.
诺奖得主首先提出概念
2012年,诺贝尔物理学奖得主、理论物理学家弗兰克·维尔切克首次预测了时间晶体的存在.普通晶体拥有在空间中重复排列的原子结构,例如中的碳晶格.但是爱因斯坦的相对论告诉我们,世界是四维的,除了三维的空间之外,还有第四维度,也就是时间.因此,维尔切克就想会不会有在时间上重复的晶体呢？经过计算,他认为这类晶体不仅存在,而且具有一种奇特的性质：它在基态时也会维持振荡的状态.
通常情况下,当物质处于基态时,理论上是不可能发生运动的,因为运动需要消耗能量.但是维尔切克认为,这一通常假设并不适用于时间晶体.
时间晶体就像果冻一样,你轻轻一碰,它就一直抖动.但是这种运动的不同之处在于它不消耗任何能量.时间晶体就像是在自然的基态条件下持续振荡的“果冻”,它不可能保持静止,这使得它成为一种拥有全新物态的非平衡态物质.
掀开量子计算新篇章
去年夏天,美国加州大学伯克利分校研究人员在《物理评论快报》上刊登了一篇论文,描述了制造“时间晶体”和测量其特性的方法.此次马里兰大学的科研团队和哈佛大学研究团队在制造“时间晶体”实验中,都运用到这种方法.
其中,以马里兰大学张颉颃博士为首的科研团队将10个带电镱离子排成一条直线,再用一束激光轰击离子创造一个磁场,用另一束激光反转原子的自旋方向,一遍一遍地重复该过程,最终让原子进入在时间上重复的反转模式,从而制造出“时间晶体”.
而哈佛大学的科研团队以金刚石和其中100万个随机分布的氮-空位为实验平台,制备出一种离散型“时间晶体”.因实验样本大,这一方法暗示“时间晶体”在自然界中存在的可能性比想象的要高很多.
专家认为,“时间晶体”是一种全新的物质形态,将为物理学研究打开一个全新世界,回答与物质本性有关的各种基本问题.
现在,“时间晶体”已经制造成功,其实际运用或在不久后实现,将能帮助科学家开发出储存和处理数据的全新量子计算机,翻开量子计算的新篇章.（据科技日报、环球科学）※
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