科学家为时间晶体找到了实际用途

科学家终于为神秘的时间晶体找到了应用方向,而且一般人绝对想不到——一种化合物被发现可以当肥料使用,或用来为孩子们演示晶体生长的教学工具。

这种化合物是磷酸一铵(MAP)。要说怎么得到的这种时间晶体,耶鲁大学的物理学家们发现自己也是满脑袋问号。

在普通晶体中,原子排列成固定的网格结构,如金刚石或石英晶体的原子晶格。这些重复的晶格可以在配置上有所不同,但它们不会四处移动——它们仅在空间上重复,但在时间上仿若静止。

时间晶体是不同的事物。在2012年首先被物理学家按照抽理论预言其存在,并于2016年,进一步确定了它们所具有的相当奇异的特性。

肉眼看来,它们就像普通的晶体。但实际上,它们的原子是处于周期摆动中的——朝着一个方向旋转,当它们暴露在翻转了自旋方向的电磁脉冲下时,就会朝另一个方向旋转。

即使脉冲是极度不规则的,晶体原子的振荡——研究人员称之为时间晶体的“滴答作响”声 ——也被锁定在一个特定的非常规律的频率上。

因为它们是非常新颖的概念,所以离散时间晶体(DTC)很少被观察到,而且在哈佛大学的物理学家用氮空位钻石创建时间晶体之前,我们只有唯一一个固态时间晶体的实例。

第一个成功的实验。2016年马里兰大学展示了一系列镱原子的时间晶体行为。

尽管受到马里兰和哈佛大学实验的启发,耶鲁大学发现的新一代晶体与前两个发现又有所不同。

“我们决定尝试寻找自己DTC特征,”新论文的两位资深作者之一,物理学家Sean Barrett说,“我的学生Jared Rovny在实验室里生长出了一种完全不同的磷酸一铵(MAP)晶体,所以我们碰巧得到了一个。”

MAP晶体非常容易生长,并且网上可以找到说明和培养试剂。由于其随处可见,它绝对是一个令人意想不到的所在,可以在它身上找到时间晶体的特征。

以前,人们认为时间晶体只会出现在更混乱的环境中。

然而,将磷酸一铵晶体进行核磁共振后,团队发现了清晰的时间晶体特征——晶体内部高度有序的空间结构。

“我们的晶体测量结果看起来非常惊人。”Barrett说。 “我们的工作表明,原则上可以通过考察初始晶体的生长条件来发现DTC签名特征。”

时间晶体在实际应用中具有巨大潜力。它们可以用来改进我们当前的原子钟技术——复杂的时钟,现阶段我们可能达到的最准确的时间指示工具。

他们还可以改进诸如陀螺仪之类的技术,以及依赖原子钟的系统,如GPS——并且有助于设计量子纠缠实验。即使是DARPA美国国防高级研究计划局也在时间晶体的研究中投入了资源——尽管他们对于这个问题仍然保持谨慎的态度。

所以它们出现在这样一种普通的或看似普通的晶体中,所代表的可能性令人非常兴奋。

但这项工作也提出了一个难题。如果时间晶体能够在普通晶体中的有序空间排列中发生,物理学家将不得不进一步做出解释:它们怎么发生的?——以及为什么其他的普通晶体不显示出时间晶体的特征。

Barrett说:“现在谈论时间晶体理论的解决方案还为时尚早,但至少在未来几年内人们会持续地关注这个问题。”

该研究发表在两份期刊上,即物理评论快报和物理评论B。

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


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  1. 哲学大叔 @ 2018-05-15 12:08:043815232

    也许该考虑时间的粒子性。

  2. 简单繁琐 @ 2018-05-15 12:08:223815233

    晶坷垃

  3. 行星减速机 @ 2018-05-15 12:11:173815234

    字都认识,但是看不懂

  4. 我来干什么 @ 2018-05-15 12:14:473815238

    令人兴奋的发现

  5. Vison大裱哥 @ 2018-05-15 12:16:113815242

    时光机器的原料来源

  6. Magfire @ 2018-05-15 12:17:053815244

    掌天瓶?

  7. Spector @ 2018-05-15 12:17:573815248

    这是星际间通讯的副作用,就像架空电话线偷在地上的影子,道理太深奥只能用不太准确的通俗语言来解释

  8. 追狐狸的猫 @ 2018-05-15 12:33:093815267

    好像之前有篇文章解释过,就是晶体排列方向成周期震荡,完全自发而且周期十分固定,就像晶体的时间被回溯了一样

  9. 不知秋 @ 2018-05-15 12:34:463815272

    虽然是玩了千百次的梗了,但看到时间二字还是忍不住点进来了

  10. xx @ 2018-05-15 12:39:113815278

    每一个字都认识系列

  11. xx @ 2018-05-15 12:39:573815280

    再看了一遍,还是每一个字都认识

  12. 大叔成长中 @ 2018-05-15 12:47:153815287

    那位大人的鼻屎

  13. AceneNabulr @ 2018-05-15 14:07:043815371

    “晶体内部高度有序的空间结构”图有吗

  14. XFWS @ 2018-05-15 15:44:153815544

    不就是抗干扰晶振吗

  15. lymanQ @ 2018-05-15 16:45:293815616

    微商:时间晶体蛋白粉,留住青春不是梦

  16. pinkcat @ 2018-05-15 17:24:343815692

    时间晶体好像是另一种特殊的物理系统,世上万物运转都需要输入能量,不输入能量则会回归静止状态,而时间晶体的一个特性就是,它的基本状态并非静止,而是不断运转,输入能量则可以抑制这种运作,然后逐渐散发能量回归到旋转状态。
    更简单的描述举例,可以理解为,一个钟摆,需要不断靠人力来转动才能运作,而时间晶体的特性系统,则是需要人力输入才能阻止摇摆,基本的物理特性是颠倒的,真正意义上近似于永动机的科学发现。
    这个发现等于开启了人类物理学和科学的一个新纪元,因为它的物理潜在可能性非常广阔,但现代人类需要许多年累积才有可能更深入了解是否能被利用到社会发展中。
    有一些推测认为,美国官方在51区工作的人员退休后泄露关于外星飞船的一些技术描述如若属实,例如准晶体的结构以及磁流体的驱动引擎,也许有一部分是利用近似于时间晶体的延伸技术,因为现在推论时间晶体很有可能跟量子力学有牵连,比如超距作用等。
    或许有助于人们突破更深入了解量子力学的可能性来构筑量子力学的规则,而参考超距作用的四维属性,没准这真的是人类物理学新纪元的开端

  17. pinkcat @ 2018-05-15 17:43:393815725

    引用一下一位研究者的论文:https://arxiv.org/abs/1206.4772
    研究者认为如果我们能得到且观测到三维结构的结晶,那么也最终能得到一块四维的结晶。
    考虑到超距作用其实就是四维体现在三维的一个物理表现,那么假设时间晶体的推测与应用完全正确,未来我们可以通过这一手段观测四维。
    另外,时间晶体可能打破了时间平移对称性,一些研究的观测结果发现,这类系统永远不会升温,也不会进入热平衡状态。也许这等于能通过这种系统为基础的来建造的某些材料,可以超乎人类想象力的提高电子工业的可能性,永远不会发热的产品???

  18. Alando @ 2018-05-15 17:52:063815765

    如果振动频率确实是固定不变的,可以理解为4维时间在三维空间的投影?

  19. pinkcat @ 2018-05-15 19:05:533815877

    另外时间晶体打破了时间平移对称性,也就是说一样东西的观测,在不同的空间(高度、距离)或时间,都会有一种结果,但时间晶体却可以在不同时间空间里观测到不同的特性,这是直接从实际例子上证明了三维晶体是高维投影这件事。
    好比某样巨大的东西付出水面,只展示了一小部分给我们,让我们摸不着头脑,但如果能掌握观测规则,就可以理解更大的物理理论尺度去学习世界的各种规则。
    就跟西部世界一样,普通玩家玩烧杀抢掠,深层玩家可以通过一些小细节找到这个游戏里真正的规则和玩法。

  20. 你的名字 @ 2018-05-15 20:26:463815976

    每个字都认识但看得津津有味系列

  21. 逗比 @ 2018-05-15 21:14:493816022

    MAP…不就是地图吗

  22. cdds @ 2018-05-16 10:49:033816590

    看两遍,没懂

  23. 一去二三里 @ 2018-05-16 15:37:363817000

    我以为捏碎一个晶体,就能获得时间+1s