@ 2016.09.17 , 18:00

科学家说「时间晶体」或真的存在

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根据最新发表在Physical Review Letters上的文章,时间晶体,这种听起来科幻感满满的东西可能真的存在。

诺贝尔奖得主Frank Wilczek在2012年首次提出这个概念。一开始这只是纯粹出于数学上的好奇,将结晶的概念从三维扩张到四维。现在Wilczek新研究说明了这种晶体存在的真实可能。

针对时间晶体的主要疑点就是,它们似乎可以通过周期性移动实现永恒运动,然后可以反复回归到原始状态。这就违反了物理学中一条基本的对称性,即“时间平移对称性”。

时间平移对称是一项基础的时空对称,即物理法则在任何地方任何时间都是一样的。Wilczek和他的同事们认为这一潜在的违反是说得通的,因为「显性对称性破缺」(explicit symmetry breaking)和「自发对称性破缺」(spontaneous symmetry breaking)之间有着明显区别。

“在显性破缺中,自然法则不再含有对称性;自发性破缺中,自然法则仍含有对称性,但是自然选择了另一种不具备对称的状态,”研究合著者Dominic Else解释说。

如果时间结晶仅仅打破了自发性对称,它们则不是自然中第一个吃螃蟹的。比如,在磁铁中对称性就被打破了,因为它可以自发“选择”哪一头是北极,哪一头是南极。然而这并没有打破物理法则本身的对称性,仅仅代表物理法则没有决定具体要发生的事情。

普通的晶体也会自发性打破对称,虽然这些对称都存在于自然中,并没有延伸到时间维度里。人类还从未观察过自发性打破时间平移对称的情况,但是如果真的观察到,时间晶体应该是最有可能发生的地方。

为了证明这一可能性,研究者们进行了一系列模拟,使得时间平移对称性发生自发性破缺可以在不打破任何基础物理法则的情况下发生,比如热力学定律。

所以时间晶体是有可能在自然中存在的,至少从数学角度上说不是不可能。所以下一步的任务就是试图造出一个时间晶体,这也是Wilczek团队开始筹划的事情。他们设想了一个被俘获的原子、离子或者超导量子比特的大型系统来制造时间晶体。

如果他们能够成功,这将是一个震惊世界的突破。

本文译自 mnn,由译者 许叔 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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