@ 2017.02.21 , 09:30
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科学家说「时间晶体,我们做出来了」

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去年我们曾经介绍了科学家说时间晶体可能存在。最近研究者们已经在Physical Review Letters上发表了最新的研究成果:他们终于成功的制造出了时间晶体。时间晶体并不是指时间的晶体,而是物质的一种新的形态。所谓时间晶体是指这种物质的原子结构不仅仅只在空间的层面上展开,同时也在时间的维度上重复。并且能够处于一种无能量的震动状态。

这个发现也许听上去比较抽象,但是它却预示着物理学将进入一个新的纪元。一直以来人类所研究的物质都是处于平衡态(in equilibrium)的,例如金属与绝缘体等。但是时间晶体的制成证明了宇宙中还有其他的处于非平衡态的物质。这个发现为现代物理学的进展打开了无数的可能。这个发现可能提升我们在量子计算机方面的理解,这算是离我们生活最近的一项应用。

最早提出时间晶体这一设想的是诺奖得主Frank Wilczek,他在2012年提出了这种在基态:物质的最低能量状态仍然能够呈现出震动的物质。通常来说,处于基态:零能量状态的系统无法呈现出任何运动,因为任何的运动都需要能量。 但是对时间晶体却并非如此。

通常的晶体物质,例如钻石,在它们的基态是处于禁止的,因为它们在基态同时也是处于它们的平衡态。但是时间晶体的原子结构不仅在空间上延伸,并且在时间上也延伸。这种特质使得时间晶体处于基态时却不处于它的平衡态,所以它能够表现出这种零能量的震荡行为。时间晶体的发现被认为是理论与实验实现之间的桥梁。

马里兰大学所制作的的时间晶体是通过采用10个镱离子的康加线产生的,所有的离子都具有处于量子缠结态的电子自旋。如下图:
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正如上文所说,为了制造时间晶体,研究人员必须让这组离子处于非平衡态。他们使用了两组激光周期性的轰击它们,一组激光制造一个磁场,另一组激光改变原子的自旋方向。由于所有原子的自旋方向都是处于纠缠态的,所以最后这组原子就进入了一个稳定的重复的自旋方向改变中。

当研究人员使镱离子进入了这种状态后发现,它们开始产生了自己的震动频率,它们自身的震动频率和激光所照射的频率并不一致。这就表现出了时间晶体的特性。 在不同的磁场和激光下,时间晶体所表现出的相也不尽相同:
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哈佛大学的研究人员则使用了另外一种不同的方法来制作时间晶体,有兴趣的同学可以自行阅读。

本文译自 sciencealert,由译者 ST岸天 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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4.5
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TOTAL COMMENTS: 77+1

[2] 1 »
  1. 3390541

    @1:
    naive 任何变量都是一个维度 就是一个个四向量维

  2. 3390295

    @sarcophile: 谁告诉你三维的圆周运动就不消耗能量了?

  3. 我认识路人甲
    @6 months ago
    3390041

    通往永恒的大门打开了???

  4. 3389981

    四维上的智能体可以观察到这种在5维空间结构下的“时间”晶体的形成?

  5. 3389734

    还在PPT阶段就别晒了。

  6. 3389484

    每个字我都能看懂

  7. 3389481

    装作看懂了。。。

  8. CliffBao
    @6 months ago
    3389406

    像循环小数?

  9. 老虎打盹
    @6 months ago
    3389346

    很重要的发现

  10. 3389245

    简单来说 晶体结构随时间成周期性变化 不知道不对不对 请指正

  11. sarcophile
    @6 months ago
    3389194

    无能量的振动,其实就是四维空间的圆周运动。就像三维的圆周运动投影在二维就是振动一样。所以时间晶体这东西作为一个证据强烈暗示了在微观层面高维空间卷曲。-浴室沉思

    [27] XX [3] 回复 [0]
  12. Vincent
    @6 months ago
    3389182

    每一秒都加一秒?

  13. 3389174

    这样的文章是我上煎蛋的初衷,半懵逼状态的看懂。然后现在就是无聊图了~

  14. sandersyao
    @6 months ago
    3389172

    好像见过类似的效应 物质状态变化随时间周期反复

  15. a997476356
    @6 months ago
    3389107

    永动机的既视感,无能量也震动

  16. 3389079

    每周六都撸管一次的我是不是时间晶体?

  17. 3388895

    冰水混合物?

  18. 皮卡丘
    @6 months ago
    3388894

    失踪人口回归啊,打赏机制初见成效了。

  19. EOURXLJDSF
    @6 months ago
    3388881

    经费在燃烧

  20. 3388832

    @氵夆: 镱 这个字你懂?

  21. Butters
    @6 months ago
    3388819

    @1: 不管你信不信服,只要是个变量,就可以是个dimension

  22. 3388803

    每个字都认识系列

  23. 3388801

    每个字都懂系列

  24. pipixia
    @6 months ago
    3388797

    这个真的是好厉害的样子。

  25. pipixia
    @6 months ago
    3388796

    我的天好厉害的样子,皮皮虾我们走。

  26. 3388795

    个人并不信服把时间定义为维度

  27. 3388794

    研究经费和诺贝尔奖就是名称通。

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