時間晶體,這個諾貝爾獎得主弗蘭克·威爾切克2012年提出的科幻概念,終于從理論走向可見現實!美國科羅拉多大學博爾德分校的物理學家們,利用液晶材料和一束光,創造出首個肉眼可見的“時間晶體”。這種奇異物質能在沒有外部能量輸入的情況下,永動循環形成時間圖案,持續數小時不衰減!這項突破不僅顛覆了我們對物質的認知,還可能革新防偽技術與數據存儲。
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時間晶體:時間中的“永動機”
傳統晶體如鉆石或食鹽,在空間中形成重復的原子格子。而時間晶體則在時間維度“結晶”:其組成部分如原子或粒子,會無休止地循環運動,形成像GIF動畫一樣的重復圖案,即使處于“靜止”狀態。過去的時間晶體多藏于量子計算機或不可見微觀世界,但這次,研究團隊讓它“現身”顯微鏡,甚至在特殊條件下直達肉眼!
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如何“點亮”這個奇跡?
領銜研究的博士生韓青·趙(Hanqing Zhao)和物理教授伊萬·斯馬柳赫(Ivan Smalyukh)使用了一種介于固體和液體之間的“液晶”——由棒狀分子組成。實驗裝置簡單:將液晶溶液夾在兩片涂有染料的玻璃之間。用特定光照射,染料分子改變方向,擠壓液晶產生成千上萬的“扭結”(kinks),這些扭結像粒子一樣互動:成對分離、旋轉、重合,再分離……形成自維持的循環模式。整個過程無需額外能量,圖案可穩定運行數小時,即使溫度變化也巋然不動!
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趙博士興奮地說:“它們能在顯微鏡下直接觀察,甚至在特殊條件下,用肉眼就能看到。”
實驗“黑科技”揭秘
研究團隊在玻璃池中填充液晶,涂層染料遇光“擠壓”分子,形成不規則彩色條紋。扭結間的復雜互動誕生了這些“粒子狀拓撲孤子”,它們頑強抵抗破壞,形成時間晶體的核心。斯馬柳赫教授感嘆:“一切從無中生有。你只需照一束光,整個時間晶體世界就浮現了。”
這項成果于2025年9月4日發表在《Nature Materials》上(DOI: 10.1038/s41563-025-02344-1),題為《Space-time crystals from particle-like topological solitons》。
應用前景:從防偽到大數據
這項可見時間晶體打開了無數大門:
- 防偽神器:嵌入鈔票中,光照激活“時間水印”,驗證真偽,告別假幣煩惱。
- 數據存儲革命:層層疊加多個時間晶體,形成復雜圖案,存儲海量數字信息,效率遠超傳統硬盤。
- 更廣潛力:斯馬柳赫表示:“我們不想限制應用。這項技術能在各種方向大放異彩。”
這項發現不僅是物理學的里程碑,更是人類對宇宙奧秘的又一征服。時間晶體,正從科幻走進生活!
參考來源:DOI:10.1038/s41563-025-02344-1
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