时间晶体,把爱保存到宇宙尽头之后

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 时间晶体,把爱保存到宇宙尽头之后 对多数人而言，提到晶体就会联 想到钻石等各种宝石，但对物理学家来 说，这些由规则原子结构在空间重复排 列的晶体只代表冰山一角。近期， 自 然杂志以“ 时间晶体” 为封面，介绍 7 两篇重要论文，美国哈佛大学和马里兰 大学的两个科研团队首次用不同方法同 时制造出了“ 时间晶体” ，宣告这不再只 是科幻剧中的虚拟想象，而是一种实实 在在的真实存在，更为人类研究物质特 性打开了全新的思维方式。 中国论文网 /9/view-12942640.htm 什么是时间晶体，难道真是把时 间凝固结晶吗？时间晶体又有什么用呢？ 清华大学交叉信息院量子信息中心尹璋 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 琦博士也曾提出过“ 量子时空晶体 ”等理 论方案，引发广泛的关注与报道，就让 他来告诉你答案吧。 “生生世世，不离不弃，直到地 老天荒，直到宇宙尽头”当我们面 对美妙的爱情时，总会发出上述誓言。 尽管誓言铿锵，可总会留下一个否定和 阴暗的结尾，比如宇宙的尽头和地老天 荒什么的。在我们的潜意识中，再美好 的感情、再美妙的关系，总有结束的那 一天，因为没有人能够敌过死亡。就算 是宇宙，也可能会有热寂的那一天。如 果我们的宇宙不断膨胀，终究有一天， 它将会冷却到绝对零度附近，我们再也 无法获取维持生存所需的基本能量。因 此，一旦我们发誓维系某段感情到地老 天荒时，潜意识中已经把这作为最极端 的誓言了。 现在，我要介绍一种新的物质， 利用它制造出的时光胶囊，即使到了宇 宙的尽头，即使所有的生命都死亡了、 枯寂了的时候，仍旧能够保存我们那些 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 最珍贵的回忆。拥有这样的时光胶囊， 即使地老天荒，我们留下的回忆仍旧鲜 活。 什么是时间晶体？ 要理解这种全新的物质，让我们 从最常见的晶体材料说起。在我们的生 活中，有很多天然具有规则形状的物质， 比如说六角形的雪花、晶莹剔透的水晶、 璀璨夺目的钻石。这些固体物质就是我 们常说的晶体。我们知道，随着温度的 不同，水具有气态、液态、固态 3 种不 同的形态。之所以有这么大的区别，是 因为随着温度的降低，水分子的运动越 来越慢，在冰点之下就自发地凝结起来 了，形成了周期性的有序结构。水分子 按照一定的空间周期等间距地排列起来， 所形成的冰自然无法随意形变也无法流 动。 爱因斯坦告诉我们，世界是四维 的，除了三维的空间之外，还有一个维 度就是时间。既然我们周围有这么多在 三维空间上结晶的晶体，是不是也存在 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 着在时间上结晶的晶体呢？这应该是一 个很自然的设问。不过在诺贝尔物理学 奖获得者维尔切克之前，还没有人提出 这个设问并给出答案。 维尔切克接受记者采访时说，他 最初是在上晶体这门课程时想到了“时 间晶体”这个概念的。如果与空间晶体 类比，那么时间晶体就可以定义为在时 间轴上自发地周期性变化的一类物质。 在时间轴上周期性变化的事物我们也见 过很多，比如说我们戴的手表。但这些 事物的运动都不是自发的，需要外界输 入能量才能维持其运动。机械表隔几天 要上发条，电子表过上一年半载要换电 池，绕太阳旋转的地球越转越慢因 为对这些系统来说，运动的能量总是比 静止时要高。所以总会发生能量耗散， 最终系统停止在能量最低的状态。而维 尔切克发现，对一类特殊的系统，旋转 时的能量比静止时还要低，那么这种系 统最终总会耗散到不断旋转的状态。这 被称为时间上的自发对称性破缺。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 链接 弗兰克维尔切克，被誉为美国 最杰出的理论物理学家之一，在粒子物 理、黑洞的量子理论、凝聚态场论和量 子物质等研究领域作出了巨大贡献，曾 获 2004 年诺贝尔物理学奖。 如何实现时间晶体？ 有P 持续运动的系统，人们已 经找到了一些实例。比如对于一个很小 的超导体金属环来说，如果我们给它加 上磁场，那么环中就会出现持续不断的 电流。对于这个系统，电子流动时是能 量最低的状态，它将永远地流动下去。 这个例子似乎并不让人吃惊。可如果金 属环的尺度非常微小，我们将不得不用 量子力学来分析它。我们发现，即使金 属环有电阻，在低温下给金属环通上磁 场，里面也会出现从不衰减的电流。从 某种程度而言，这已经很接近时间晶体 了。但是时间晶体的物质密度在时间上 存在周期性变化，而有持续电流的金属 环中，并没有出现电子密度随时间的周 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 期性变化。 为了实现真正的时间晶体，维尔 切克设计了一种不存在的带电材料，它 可以由非线性的薛定谔方程来描述，其 基态解是一种孤立子。在磁场下，孤立 子能量最低的状态将不再是静止的，而 是以一定的角速度旋转的状态。与持续 电流不同，孤立子旋转起来时，在圆环 上会出现物质密度的周期性变化，也就 是说出现了真正的时间晶体。 薛定谔方程 在量子力学里，薛定谔方程是描 述物理系统的量子态怎样随时间演化的 偏微分方程，为量子力学的基础方程之 一，以发表者奥地利物理学家薛定谔而 命名。非线性薛定谔方程是一个含有孤 立子波解的非线性方程。 基态 原子、原子核等所具有的各种状 态中能量最低、也最稳定的状态。 马里兰大学的科研团队将 10 个 带电镱离子排成一条直线，再用一束激 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 光轰击离子创造一个磁场，用另一束激 光反转原子的自旋方向，一遍一遍地重 复该过程，最终让原子进入在时间上重 复，且周期为外加驱动周期两倍的模式， 从而制造出离散型“ 时间晶体 ”。 哈佛大学的科研团队以金刚石和 其中 100 万个随机分布的氮一空位为实 验平台，制备出一种离散型“时间晶体” 。 此系统的周期可以达到外加驱动周期的 两倍，乃至三倍。 时光胶囊，让美好的回忆永存 对于时间晶体，我们还有另外一 种称呼“ 永远运动的系统 ”，但这并 不意味着它能像想象中的永动机那样无 中生有地不断提供能量。时间晶体的运 动是不需要外部能量输入的，同时它也 不能向外输出能量而不改变自身运动状 态。如果我们把空间晶体和时间晶体的 概念综合起来，那么实际上就存在一种 特殊的物质，可以同时在四维时空中结 晶，形成所谓的时间一空间晶体。 时空晶体最酷的一点就是它能在 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 绝对零度附近保持运动。因此维尔切克 设想未来有一天，随着技术的高度发展， 我们可以对时空晶体进行编程，设计出 复杂的周期运动回路，代表不同的比特， 以及比特间的运算，然后把我们的人脑 意识上传到这个时空晶体中。这种携带 了人脑意识的时间晶体，可以称之为时 光胶囊。与通常意义上的计算机不同， 它并没有输出，只能周而复始地重复我 们预先编制好的程序。我们可以把自己 一生中最美好最难忘