时间我懂,晶体我也听过,可时间晶体到底是个啥?都别买钻石了,我们发现了更永恒的东西!“钻石恒久远,一颗永流传”,这是商家为了让你掏光钱包,而打出的营销广告。旷世巨钻,不过是碳。当温度达到850摄氏度时,它就会化成一缕青烟。为了寻找真正的永恒,加州大学伯克利分校的姚颖团队,基于相互耦合的一维自旋链系统,第一次通过实验造出了“时间晶体”,在时间这个维度上它才是物质的一种永恒状态。
菠萝科学奖组委会,只有一位理论物理博士真正理解这个概念。但是他无法清楚地表述给我们,所以我们也说不清。但鉴于它很酷,菠萝科学奖组委会决定授予他们,2017•菠萝科学奖物理学奖。要想理解时间晶体,咱们得先讲讲什么叫空间晶体。比方说,我们每天喝的水,呼出的水蒸气,在常温下是液态或气态的。水分子的排列方式都很凌乱,这些都不是晶体。
但是如果把水往冰箱里一放,水分子的运动就会越来越慢,渐渐地自动排列整齐,形成周期性的有序结构。所以,冰就是一种晶体。2012年,理论物理学家维尔切克,在给学生上课时忽然想到,如果一个物质不是在空间上,自发地排列成有序结构,而是随着时间流逝,自发地周期性变化,那岂不是可以称为时间晶体!实际上,要想造出时间晶体,就得让物质始终不能达到热平衡的状态。
要想不达到热平衡,就得从外界输入驱动力,让物质变得混乱,远离热平衡态,但又不能让物质吸收驱动力的能量。姚颖和他的合作者,用一串镱离子,首次实现了这种状态。严格地说,这种状态跟维尔切克设想的情况不太一样,所以叫做“离散的”时间晶体。乍一看,这一种时间晶体,有种虚假宣传的嫌疑。因为它的运动周期2T,是由周期为T的激光造成的,不像是自发形成的。
然而奇怪的是,如果向激光之中加入一些噪声,干扰原子自旋的翻转方向,这种2T的周期仍然能稳定存在。如果是普通的物质,肯定跟着噪声一起乱套了,不可能保持原来的周期。这就说明,时间晶体形成的周期中,确实有自发的因素。在物理学中,时间是一个特殊的概念。它总是向前流逝,从不停下,也从不倒流。