利用聲波構(gòu)建新型時間晶體，牛頓第三運動定律被打破

這是首個肉眼可見的晶體，或有助于未來構(gòu)建更優(yōu)的量子計算系統(tǒng)。

美國紐約大學(xué)的物理學(xué)家利用聲波構(gòu)建出一種新型時間晶體，其中的粒子似乎打破了牛頓著名的第三運動定律。這種時間晶體中的粒子以非互易的不規(guī)則方式運動，為技術(shù)與工業(yè)領(lǐng)域開辟了新的可能性。

牛頓第三運動定律指出，每一個作用力都有一個大小相等、方向相反的反作用力，這是世界上眾多應(yīng)用的基礎(chǔ)。從火箭發(fā)動機到彈跳的球，從游動的魚到蹦床上的孩子，一切都可以用這一定律來解釋。

從專業(yè)角度來說，該定律還表明力總是成對出現(xiàn)的。當力不平衡時，就會導(dǎo)致物體運動狀態(tài)發(fā)生改變。但如果一個物體不遵循牛頓第三定律，那么它就能為科學(xué)和技術(shù)開辟更新的前沿領(lǐng)域。

什么是時間晶體？

時間晶體是一種由振蕩粒子（類似于鐘擺）構(gòu)成的不尋常物質(zhì)形態(tài)。在科學(xué)家們經(jīng)過多年預(yù)測認為時間晶體可能在現(xiàn)實世界中存在之后，大約十年前，科學(xué)家們制造出了首個時間晶體，并已發(fā)現(xiàn)多種類型的時間晶體，每種都具有獨特的性質(zhì)，可用于不同的應(yīng)用場景。

"時間晶體之所以令人著迷，不僅因為它們帶來的可能性，還因為它們看起來如此奇特和復(fù)雜。"紐約大學(xué)軟物質(zhì)研究中心的物理學(xué)教授戴維·格里爾表示。

在格里爾的領(lǐng)導(dǎo)下，研究人員米婭·莫雷爾和莉拉·埃利奧特制作出了一種新型時間晶體，其中由聚苯乙烯珠構(gòu)成的微小晶體懸浮在聲波墊層上，并可通過聲波使其移動。在這個裝置中，聲波起到聲懸浮器的作用，使珠子懸浮在半空中。

這種晶體是如何工作的？

"聲波會對粒子施加力——就像池塘表面的波浪會對漂浮的樹葉施加力一樣。"莫雷爾在一份新聞稿中解釋道。"我們可以通過將物體浸入稱為駐波的聲場中，使其克服重力而懸浮起來。"

懸浮的珠子通過彼此之間散射聲波而產(chǎn)生相互作用。較大的珠子比較小的珠子散射更多的聲波，因此對較小的珠子產(chǎn)生的影響更大，反之則不然。這就造成了珠子之間相互影響程度的不平衡。

"想象兩艘大小不同的渡輪駛向一個碼頭。"莫雷爾補充道。"每艘渡輪都會激起水波，從而推動另一艘渡輪——但推動的程度取決于它們的大小。"由于這些相互作用是通過聲波實現(xiàn)的，因此它們不受牛頓第三定律的限制。

雖然此前已有對時間晶體的實驗，但這次的不同之處在于，該實驗裝置約一英尺高，且其運行過程肉眼可見。"我們的系統(tǒng)非常引人注目，因為它極其簡單。"格里爾在新聞稿中表示。

這項研究與裝置可能有助于研究人員理解生物系統(tǒng)（如晝夜節(jié)律）以及非互易過程（如人體分解食物的方式）。

該研究成果發(fā)表于《物理評論快報》期刊。

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