《星際穿越》成真！科學家造出新物質——時間晶體

眾所周知常規晶體是一個三維物體，它們的內部原子按照有規則的順序重復排列而構成。宇宙中所有自然形成的和人造出來的晶體都不同程度地打破了空間對稱性，而現在又有一種新型晶體被人類造了出來，它除了滿足一般晶體的特征外，還打破了時間維度上的對稱性，這就是時間晶體，它們處在持續振蕩的狀態中，卻沒有任何能量。

最早提出時間晶體這一設想的是麻省理工學院獲諾貝爾獎的物理學家Frank Wilczek，他在2012年提出了這種在基態：物質的最低能量狀態仍然能夠呈現出震動的物質。通常來說，處于基態：零能量狀態的系統無法呈現出任何運動，因為任何的運動都需要能量。但是對時間晶體卻并非如此。時間晶體就像是在自然的基態條件下持續振蕩的“果凍”，它不可能保持靜止，這使得它成為一種擁有全新物態的非平衡態物質。

馬里蘭大學聯合量子研究所（JQI）與加州大學伯克利分校組成合作團隊，在一條由10個鐿離子構成的離子鏈中，用激光誘發了三種不同反應，從而造出了時間晶體。他們用激光脈沖轟擊原子離子，激發出磁場，然后用另一道激光稍微翻轉原子的自旋方向。這一過程不斷重復，最終創造出了按時間排列的重復翻轉結構。而另一組Mikhail lukin領導的哈佛團隊通過在鉆石中摻雜氮原子得到空穴，也制造出他們的時間晶體。在觀察鐿原子排列時，研究者們注意到了一些奇特的現象：定期照射鐿原子的兩束激光使鐿原子系統產生了一種周期性重復，這一周期是激光照射周期的兩倍，在通常的系統中觀察不到這樣的現象。在不同的磁場和不同的激光脈沖中，時間晶體會發生物態改變，就像冰塊融化一樣。

Norman Yao解釋說：“這里面最大的突破，與其說是這些晶體做到了在時間上周期性重復”，倒不如說是我們第一次大規模制造出了非平衡態的新材料。它們的基態永不停歇，無法像鉆石或者紅寶石那樣回到相對靜止的平衡態。”“這是一種新的物質狀態，僅此而已。但它同樣酷的地方在于這是第一個非平衡態的物質狀態”，Norman Yao說。在過去的半個世紀里，我們一直在研究平衡態的物質，比如金屬和絕緣體，而今天我們將開始探索非平衡態物質的奇妙世界。”

時間晶體對普通人來說可能遙不可及，但在物理學研究中卻意義重大，它有能展示物理學核心概念中關于“時間平移對稱性的自發性破缺”存在的意義。這將幫助我們更加深刻地理解周圍世界，并且有助于我們理解新興的科學技術，如量子計算等。時間晶體的發現印證了對稱性的破缺在自然界中廣泛存在，也為全新領域的研究開辟了道路。（科技新發現康斯坦丁/文）