@ 2017.01.28 , 22:07
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科学家发现物质的新相态:时间晶体

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自发性时间平移对称性破缺(spontaneous breaking of discrete time translation symmetry)的时间晶体。

“晶体”这词,对一般人来说,是纯净透明的珠宝,或是璀璨生辉的水晶。

对学霸来说,“晶体”指的则是固态物质的一种,其原子或分子在三维空间按一定规律周期重复排列。

而对每周工作时间超过100小时的加州大学伯克利分校研究者Norman Yao来说,传统意义上的“晶体”不过是宇宙冰山的一角。

这位物理学助理教授在去年与马里兰大学和哈佛大学的两组研究者独立制造出了“时间晶体”(time crystals),并成为了这两份论文的合著者。在上周发表于期刊Physical Review Letters上的一篇论文中,他正式介绍了制造时间晶体的办法,并且讲解了这一种相态的性质。

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基于Norman Yao提供的蓝图,马里兰大学的研究者们使用磁场和激光,将一维方向上排列的镱离子链转化为了时间晶体。这些粒子之间展现出如箭头所示的远距离交互作用。

爱因斯坦告诉我们,我们所生活的世界是个四维时空。除了我们看得见摸得到的三维空间外,还存在“时间”这第四个维度。

既然普通的晶体,如六边分形的雪花或是蜂窝六面体的钻石,在三维空间里有规律地排列着,那么有没有一种物质形态,在时间轴上也存在着固定的周期性变化?

时间晶体这一概念,在2012年由诺奖得主维尔切克(Frank Wilczek)首次提出。2016年,来自普林斯顿大学和加州大学圣塔芭芭拉分校的理论物理学家各自独立证明了这种晶体存在的合理性。Yao表示,他带领的伯克利研究组起到的作用是“连接理论和实证的桥梁。”

时间晶体在时间上呈有规律的重复排列。Yao表示,时间晶体是一种新的相态,是目前刚刚被物理学界发现的非平衡态物质(non-equilibrium matter)之一。“在过去的半个世界里,我们一直在探究平衡态物质。对非平衡态物质领域的探索才刚刚开始。”

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这个相态图体现了在特定情况下,时间晶体可以“融化”成隔热物,或被加热成高温热态。

从量子力学的角度看,聚集的电子可以组成一种特殊的,稳定的,可以被称为晶体的物质,不需遵守原子组成的三维结构需要遵循的空间平移对称性(spatial translation symmetry)原则。

时间晶体打破了普通晶体带有的时间对称性。三维晶体的振动频率不会高于驱动源带给其的振动频率。(想象你在跳绳,绳子翻转的速度不会高于你手甩动的速度。)而在实验室里造出的时间晶体中,镱原子系统的振动频率可以达到两倍于驱动源的频率。(如手只甩了一圈,手中的跳绳却转了两圈。)

Yao本人还没有发现时间晶体的实际利用渠道,但在理论上,其它非平衡态物质具有保持永久记忆的能力(不需要外部能量输入便能保持内部运动状态),或将被用于量子计算机的数据存储中。在物理学家的想象里,如果人类能将时间晶体和空间晶体的特性结合,我们便能制造出能“保存到宇宙尽头”的时空晶体。

本文译自 Berkeley News & APS Physics,由译者 zzjeff 基于创作共用协议(BY-NC)发布。

相关蛋文:
物理学家:制造永动机不是不可能》2013.04.27
科学家说「时间晶体」或真的存在》2016.09.17


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  1. 绮罗生
    @1 year ago
    3375780

    厉害了

  2. 艹艹哥
    @1 year ago
    3375784

    每一个字都看得懂系列…

  3. 开你妹的玩笑
    @1 year ago
    3375785

    隐隐约约觉得和某些东西很像

  4. wjking512
    @1 year ago
    3375786

    嗯 就是跳双摇呗

  5. 烏魯塞爾
    @1 year ago
    3375787

    利用時間晶體隨時變化特性可以測量時間間隔長度,也可製造永動機

  6. 逗比
    @1 year ago
    3375789

    生死椅

  7. 烏魯塞爾
    @1 year ago
    3375790

    蛤?今年的紅包就要它了,今後續命有了新的度量單位,續一斤晶

  8. 3375791

    我觉得评论里必定要有念诗的

  9. 一条柴
    @1 year ago
    3375798

    原子核都会崩解,何来永恒一说

  10. 司南
    @1 year ago
    3375801

    点开就是为了看有谁在这续的

  11. 楚梵天大使
    @1 year ago
    3375802

    @烏魯塞爾: 永动机就和共产主义一样,😅😅😅😅😅😅😅

  12. 3375806

    时空晶体,物理学已经进入魔法侧了吗?

  13. 火星网友
    @1 year ago
    3375821

    我们不是四维空间吧

  14. suzumiya1215
    @1 year ago
    3375826

    文中那位每周工作100小时的祖充先生,能把生命中的大部分时间花费在自己喜欢、对国家对社会有意义的事情上,比天天喊累浑浑噩噩过日子的加班狗高到不知哪里去了

  15. 3375833

    第四维谁说是时间的?

  16. zzjeff
    @1 year ago
    3375835

    @火星网友: 抱歉,之前有点不严谨,改了。

    @suzumiya1215: 为避免误会澄清一下,那句带链接的话是我自己加的。

    查资料的时候发现哈佛毕业的Yao并没有中文名,只搜到这一段话“2013年初,[清华学者]祖充在哈佛大学进行了2周的访学[……]和他一起工作的博士生Norman Yao一周的工作时间超过100小时。回清华后,[祖充]号召实验室的同学们,争取每周工作100小时。”

  17. 戈饭
    @1 year ago
    3375844

    抱歉,请问这篇文章用的是中文吗?

  18. 哈佛教授
    @1 year ago
    3375880

    @suzumiya1215: 他的名字叫no man yao,没人要,怪不得一周能工作100小时。。。

  19. 鱼默默
    @1 year ago
    3375881

    然并卵~

  20. 空气兔
    @1 year ago
    3375902

    不太懂

  21. 阿狸趴趴
    @1 year ago
    3375916

    我认得这里的每一个字……

  22. hssykey
    @1 year ago
    3375948

    非平衡态物质啊

  23. 3375951

    嗯,最近外星人的传闻貌似变多了啊

  24. schizophrenia
    @1 year ago
    3375985

    14*7=98
    每天工作14小时以上 没有休息日
    虽然不是不可能 但我还是觉得略扯淡

  25. timetravel
    @1 year ago
    3376018

    这个时间晶体,理解成四维晶体更合适。某种特殊方式制备的三维晶体,正好能呈现四维晶体在三维空间投射出来特殊性质。

  26. alpha_boy
    @1 year ago
    3376024

    @楚梵天大使 生产资料公共所有制和永动机不一样,前者有可能在局部实现,太平洋上某个小岛的土著部落,因为极度缺乏资源,所以严格控制人口,死一个才能生一个,只有3000人(莫非是摇号抽签决定谁生?)……土地是公共所有的,无人有权宣称土地可以被一次性的劳动产品永久性买下来,自然不存在大地主。以前看一个美国心理学博士写的书里提到过的。那个小岛存在了不知道几百还是几千年了,等于是原始公社一直保留到现代……

    甚至美国还有一些志愿者自己搞了个绝对平均工资(?为啥不是工分制?厌恶度大的工作工分高一些,譬如堆肥),集体投票决定是否生育(因为孩子的养育成本是集体承担的),同居自由(但并非强制公·妻),禁枪禁止玩电子游戏(?),但可以上网,公共所有汽车和土地的合作社,同时可以自行决定是否退出(退出后要重新加入的话似乎要集体投票)……这合作社也存在了几十年了。
    ————
    这个时间晶体的作用看不懂,震荡比外界快1倍为啥叫时间晶体而不叫双倍震荡速率晶体?

    至于能长期保存数据的光盘,能保存100万年的水晶光盘一类的东西已经发明出来了,如果人类文明不毁灭,每100万年快到时就重新复刻一次,就能保存很久很久了;如果人类文明毁灭了,其他文明在100万年内发明不出来类似的技术,哪也没办法了。

  27. alpha_boy
    @1 year ago
    3376027

    永动机……昨天偶然知道一个说法,现在的宇宙还在加速膨胀而没有减速的意思,按能量守恒定律来看这个推动宇宙爆炸、产生的第一推动力应该是不存在的,可它出现了,而且存在了几十亿年……

    具体宇宙的外面是其它平行宇宙,它们撞击了我们的宇宙?还是神灵制造的这个第一推动力,相关的各种解释都无法证明也无法证伪。

    能量守恒定律只是说在我们这个宇宙之内无法制造出永动机。但是我们这个宇宙之外是啥样的,有没有高维空间或者平行宇宙?它们撞击我们的宇宙最初的核心时的推动力哪来的,是否符合能量守恒定律?宇宙之外是否存在可以制造永动机的技术?那就不清楚了。

  28. 宁宁喝牛奶
    @1 year ago
    3376087

    淘宝有卖吗?一斤多少钱?

  29. 居秀
    @1 year ago
    3376090

    @alpha_boy: 看了一下感觉不像是类似从1变成2那种增幅或者裂变式的发生变化的增长……有点像是本身就是2但是能够推动观察到的一角就可以带动整体……就像是推动一个物体,力是从一端对另一端传导的,可是推这个东西力是平行的从这端用力的同时另一端也开始同步平移,这个平移作用的不是力,而是物体本身

  30. 3376127

    @alpha_boy: 这个问题是有很多物理学家想过的, 比如暗能量理论之类就是来解释加速膨胀这件事.

    至于”宇宙之外”这件事, 其实首先有没有宇宙之外, 还是个问题, 现在无法证明宇宙有边界, 也无法证明宇宙没有边界, 宇宙可以是有限无界的(设想一种二维生物生活在球面上, 那么它们永远碰不到一个”边界”, 但是球面的面积是有限的).

  31. 男神
    @1 year ago
    3376162

    好深奥,只认识字

  32. 康秀明
    @1 year ago
    3376371

    不懂,科学家也发现了啊!普通人很少懂的!呵呵

  33. 康秀明
    @1 year ago
    3376372

    煎蛋,我记得有分享啊?怎么没了啊?给哪里反应啊?

  34. 3376412

    分子级倍频器!真正的分子尺寸的电路的开端?

  35. 三体星人
    @1 year ago
    3377007

    然后祖充童鞋现在是Norman Yao(现为伯克利助理教授)的博后,一起过上了100小时每周的xing福生活

  36. 曹岩丸
    @1 year ago
    3377338

    熊和老虎哪个厉害

  37. 3377376

    在过去的半个世界里,我们一直在探究平衡态物质。对非平衡态物质领域的探索才刚刚开始。
    这个是
    在过去的半个世纪里,我们一直在探究平衡态物质。对非平衡态物质领域的探索才刚刚开始。
    是这样么?

  38. 从容淡定
    @1 year ago
    3377826

    ..300×300.jpg

  39. 普通人
    @1 year ago
    3383017

    表示爱因斯坦的确是强了太多。。

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