在理论上时间晶体的原始概念可以在如此处所示的旋转量子粒子的链中实现

就像黑胶唱片一样，时间水晶的奇怪概念正在重新流行起来。2012年，获得诺贝尔奖的物理学家提出，即使不添加能量，量子粒子系统的性质也会随着时间的推移而循环，就像原子的晶体在空间中重复一样，即使没有添加能量也是如此。但是其他人很快证明了一个“不行定理”，它说这样的事情是不可能的，并用研究人员很快在实验室中证明的时间晶体的不太幻想的定义代替了它。但是现在，两位物理学家已经证明，至少在理论上，时间晶体的原始概念毕竟是可能的。

“我认为这是正确的，”剑桥麻省理工学院的理论物理学家弗兰克·威尔泽克说，他梦time以求的是时间晶体，但并未参与这项新工作。其他物理学家说，新方案是“绕过'不行'的一种方法。”但是，通过实验实现该系统可能非常困难。

在物理学中，模式似乎无处不在。例如，在结晶固体中，原子之间的作用力未明确指定原子的位置或原子之间的距离。但是，将原子冷却到其基态后，它们会嵌套成重复的图案，如棋盘上的正方形。

威尔切克想知道，通过类似的物理学，系统是否可能具有以某种可测量的方式而不是在空间中重复的基态。2012年，他的两篇关于该主题的论文引发了一系列研究。然而，2015年，现在都在东京大学的理论物理学家渡边春树和Oshikawa Masaki证明，严格来说，时间晶体是不可能的。他们表示，在所谓的热力学平衡状态下，一个孤立的系统的最低能量状态必须是静态的。

但是，其他研究人员进一步扩展了Wilczek的想法，并发现，反复受到能量推动的系统(例如，孩子被推到秋千上)可能表现出新颖的行为，被称为离散时间晶体。这样的周期性搅动的系统通常以外部刺激的频率的倍数振荡。但是，研究人员预测，相反，系统内部的交互可能使其响应速度是外部频率的一半，就像孩子奇怪地以父母推动频率的一半摆动一样。

在现实世界中已经看到了这种效果。例如，2017年，马里兰大学学院公园分校的实验物理学家克里斯托弗·门罗(Christopher Monroe)和他的同事们制作了一个离散时间晶体，其中有10个旋转的rub离子排列成链状。通过磁相互作用，离子趋向于指向相反的方向，并且噪声会随机地将它们推挤。但是，通过用微波脉冲来激发离子，研究人员可以锁定自旋的模式，使它们以脉冲速率的一半恰好翻转。

现在，位于雷克雅未克的冰岛大学的理论物理学家Valerii Kozin和英国埃克塞特大学的Oleksandr Kyriienko证明了，至少从理论上讲，有可能构建一个更接近Wilczek最初想法的系统。为此，他们抛弃了渡边和Oshikawa的不行定理的一个前提，该定理基于这样的假设，即粒子之间相互作用的强度随着距离而消失，就像电磁力一样。相反，Kozin和Kyriienko在理论上分析了旋转粒子(如门罗离子)的情况，这种相互作用不会随距离消失，这在理论上是可能的。

研究人员在《物理评论快报》(Physical Review Letters)中报告说，通过这种长时间的相互作用，系统可以具有不需要增加能量的时间晶体基态。基里坚科说：“我们展示的是一个漏洞，而不是反例”。

假设的时间晶体状态非常复杂。多亏了量子力学，每个离子可以同时向上和向下旋转，而且时间晶体类似于所有粒子同时向上和向下旋转的状态，只是复杂得多。时间晶体的特征是微妙的，很难测量：指向上或指向下的自旋数的某些相关性会随时间波动，即使系统在其最低能量状态下也保持稳定。

渡边说，结果并不令人震惊，因为当系统具有远程交互作用时，理论物理学的其他基岩结果就会消失。他说：“对于远程系统中的这种行为，我不会感到惊讶。”“但是，有一个具体的简单示例还是很好。”

该系统可以通过实验实现吗?基里连科说他充满希望。“应该有可能，但这是一个具有挑战性的衡量。”门罗不那么乐观。Monroe说，Kozin和Kyriienko在其模型中的远距离相互作用远比陷阱中离子之间的相互作用要复杂得多。“在实践中，我认为我们没有任何物理系统允许这种相互作用，”梦露说。“但是我们可能会感到惊讶。那是科学的伟大之处。”

　　免责声明：本文由用户上传，与本网站立场无关。财经信息仅供读者参考，并不构成投资建议。投资者据此操作，风险自担。 如有侵权请联系删除！