时间晶体是普通晶体的时间模拟物。
时间晶体与普通晶体相似,因为它们基于重复的原子结构;但是时间晶体的“原子”行为却略有不同:它们在时间上表现出运动的模式,而这种模式不能轻易地用外力来解释,这些振荡被锁定在有规律和特定的频率。从理论上讲,时间晶体以尽可能低的能量状态振荡,因此在很长一段时间内是稳定且相干的;因此,当时间晶体在空间和时间中重复时,会表现出永久的基态运动。
2012年,诺贝尔奖获得者Frank Wilczek首次提出“时间晶体”这一理论。他提出,即使在最低能量下,原子也可能随着时间的推移而变化,就像超导体在技术上可以在最低能量状态下携带电流一样。这意味着从理论上讲,它们可以在没有能量源的情况下永远重复,像一台“永动机”;但是根据热力学定律,这种装置是不可能的。
Frank Wilczek
自Wilczek的预测以来,许多研究人员进行了实验,表明原子的行为方式可能有资格成为时间晶体。
2016年,马里兰大学、哈佛大学团队使用了加州大学伯克利分校研究人员提出的方法,正式发现和确认了时间晶体[2]:尽管没有外部输入,但这些晶体在时间上呈现出恒定、重复运动的特性,它们的原子不断地振荡、旋转,或者首先向一个方向移动,然后再向另一个方向移动。
2020年,首次实现了两个量子时间晶体的相互作用,并表明时间晶体遵循量子力学规则[3]。