人类终于造出可肉眼看到的时间晶体了!这项研究来自美国科罗拉多大学博尔德分校研究生赵汉青和教授伊凡·斯马柳赫兴启网,发表在9月4日《自然-材料》上。这项突破,让一种曾只存在于量子世界的奇异物质形态,第一次走进了我们的宏观视野。
一、时间晶体:让时间“活”起来的魔法
你肯定知道晶体,比如钻石和雪花,它们的原子在空间上以一种极其规整、不断重复的方式排列。它们是静态的、永恒的几何之美。
但你有没有想过,如果物质的重复性不是发生在空间,而是发生在时间上呢?
2012年,诺贝尔物理学奖得主弗兰克·维尔切克提出了一个惊人构想:是否存在一种物质,其内部粒子即使在最低能量状态下,也会永无休止地进行周期性运动? 这就是“时间晶体”。
等等,永恒运动?这难道不是永动机吗?
别急,它不是永动机,也不违反热力学定律。它的运动需要一个恒定的外部驱动(比如一束光),但它既不从中获取能量,也不向外耗散能量,只是稳定地在不同状态间“切换舞步”。
兴启网
二、如何“导演”一场时间的芭蕾?
在此之前,所有的时间晶体都存在于极端的量子世界,比如钻石的内部或的量子计算机里,看不见也摸不着。研究人员这次另辟蹊径,用上了我们手机里就有的材料——液晶。
他们的“配方”简单得出奇:
主角:液晶,就是你手机屏幕里的那种,一种介于液体和固体之间的神奇物质。
三明治结构:把液晶夹在两片涂有光敏染料的玻璃片中间。
点亮魔法:用一束普通强度的光照射。
光照之下,染料分子开始“躁动”,挤压液晶分子,成千上万个微小的“扭结”凭空出现。这些扭结如同有了生命一般,开始相互作用兴启网,翩翩起舞。最终,一幅幅肉眼可见的、被称为“迷幻虎纹”的动态图案就诞生了。
三、这东西究竟有啥用?
从一个抽象的物理概念,到一个肉眼可见的稳定系统,这绝不只是科学家的自娱自乐。它的潜在应用,酷到超乎想象:
顶级防伪:时间水印
未来你拿到一张百元大钞,想知道真假?用手机闪光灯照一下它上面的特殊区域,如果一个独特的动态图案开始“跳舞”,那就是真的。这种“时间水印”极难复制,将使伪造货币的难度呈指数级上升。
海量数据存储
通过叠加不同的时空晶体,可以创造出无比复杂的时空图案,形成一种“2+1D条形码”。相比于只能在二维平面存储信息,多出来的时间维度,意味着信息存储容量的潜力近乎无限。
通信和光学设备
除此之外,它在光通信和新型光学器件领域也大有可为。
短短10多年,时间晶体就从一个神秘的、难以理解的抽象概念,变成了我们肉眼可见的物质形态,甚至可能被应用于我们日常生活,这一次,会有什么领域被颠覆呢?
参考文献:
Zhao, H., & Smalyukh, I. I. (2025). Space-time crystals from particle-like topological solitons. Nature Materials. https://doi.org/10.1038/s41563-025-02344-1
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