412 时间晶体
而在量子层面,运动还有可能不要能量。量子的奇异性质正是“时间晶体”无外部能量的注入,就能实现周性变化的秘密所在,要让这种周性变化成为一个物质体的能量态就行了。
这就好比我们要寻找一台小势能不在点,而在高一点置的摆钟。
由于弧线摆动,那么钟摆的运动轨迹上就必然存在两个态点。这样摆钟终就可以在两个态点切换出现,看上去就像在两点振荡。
这种况在日生中不可能发生,但在量子的中其实早习以为,比如原子的玻尔半径。
1913年,玻尔出了原子的玻尔模型,也就是出了电子运动的能级概念,电子在不同的能级间不连续地跃迁。
以圆周运动比喻,能级的轨到原子核的距离称为玻尔半径,也是氢原子的半径。
原则上多电子的原子中,能级高轨半径大,能级轨半径小,但描述电子能级的玻尔半径却非靠近原子核的电子轨距离。也就是说,能量小的电子不一定比能量高的电子离原子核近。
总之,量子的运动方颠覆了我们对体能量态时物质状态的传统认,因“时间晶体”的自发周性变化不违背能量守恒。
时间晶体的制作方法
2017年,加州大学伯克利分校的物理学家诺曼·姚(noranyao)和他的合作们发表了一篇为《离散时间晶体:硬度临实现》的论文。论文里记录了他们2016年发现的“时间晶体”制作方案。
过这个方案,哈佛大学和马里兰大学的两个团队分制出了他们各自的“时间晶体”。一种全新的物质样本首面。
那么,时间晶体竟是么样子?
严格来说,时间晶体可以有各种不同的形态。举一个简单的子,假设你将一堆原子排成一串,个原子都有一个与之相对应的自旋,以箭头表其自旋轴。
正温度下,所有原子的自旋可能表现得杂乱无章,但在温度足够的况下,原子的运动降,其自旋会趋于一致。总体来说,表现为方向相同或相反,因为这是原子自由排列方中所能量的一种。
这时如用激照射这串原子,激的振荡电磁场会迫使原子的自旋随着激有节奏的翻转,原子的自旋模开始一遍又一遍的重复。这一切应该都能理,符合础的物理识。
然而当你关掉激,神奇的况就出现了。原子的自旋翻转模一样在持续,也就是说没有外来能量,它们一样在周性地自旋翻转。神奇地是你还可以用复杂、不同频率的激来照射这些原子,你会发现它们的自旋翻转方与用普激照射一样,也就是说外来的能量变化不变它的自旋状态。
虽然这种方法因为要激的驱动,所以制的时间晶体不是统能量的状态,但它实现了时间平移对称性的自发破缺,满足了时间晶体的核心概念。诺曼·姚称其为离散时间晶体。
实验结至少实了时间晶体概念的正,诺曼·姚的方法为实现维尔切克所设的正的时间晶体供了一种切实可靠的新。
这样的物质到底有么用?
时间晶体的抗干扰能力,可能成为量子计领域的重要应用。量子计的一个问在于像一切量子现一样,量子比的量子态容易破坏。
比如“生死叠加”的薛定谔猫,便多么不可议,你看一眼就能破坏它的叠加态,判它生死。然而时间晶体有能力留它们的结构。因时间晶体有可能发成为构成量子计机存储的础。
当然时间晶体的技和量子计机都还在初始阶,学家们还要一时间能把这一切弄楚。或许时间晶体的字迷人,但它没有么时穿梭的能力,也不能成为时间旅行的能源。
但在维尔切克的设中,未来如人可以对时晶体进行编,就可以用它来存大脑识,成一个永恒的表某种的“时胶囊”。
当然对于时间晶体的深入,我们还要多时间。
1【了多一点】
到晶体,普人可能会到钻石等物质,其中原子在间维度上按一定规重复排列。那有没有晶体的结构能在时间维度上重现呢?
这样的晶体就是“时间晶‘体”,国人员刚刚报告说制出了这种新的物质形态。
国加利福尼亚大学伯克利分校人员近在国《物理评论快报》杂上发表论文,描述了如何制“时间晶体”和测量其性。
论文主要作、该校物理学助理授姚颖说,可以用冻来比喻“时间晶体”,与反复轻拍冻时它的晃动似,“时间晶体”在到周性冲击后其结构也会在时间维度上重现。普晶体则不会表现出这种点。
姚颖介绍,“时间晶体”是一种新的物质形态,属于非平衡态。见的许多物质都是平衡态物质,它们在不外响时,结构等征不会随时间而变化。
姚颖说:“过去半个纪里,我们一在平衡态物质,比如金属和绝缘体。现在我们刚开始探索非平衡态物质这一全新。”
“时间晶体”的概念初由国麻省理工学院理论物理学家、诺贝尔物理学奖获得弗兰克·维尔切克在2012年出。
姚颖说,他所在的小组充当了连理论假设与实验执行之间的桥梁,帮助两个国团队以不同方出了“时间晶体”。
其中,马里兰大学的团队将10个镱原子排成一列,然后用两束激替轰击它们,使得这些原子进入一种稳定重复的自旋翻转模,符合“时间晶体”的定义。。
另一个来自哈佛大学的团队则过向钻石中密充入氮气的方,也制出了“时间晶体”。
由于“时间晶体”是一种非新颖的物质形态,人员还没有好如何利用它,不过由于理论上非平衡态物质有绝佳的存储能力,这方面成或许可用于开发量子计机。