科學家在量子物理學領域取得了一項重大進展，他們製造出了壽命比以前長數百萬倍的時間晶體。這項發現驗證了諾貝爾獎得主弗蘭克-威爾切克（Frank Wilczek）在2012年對時間晶體的理論預測，證明了在沒有週期性外部影響的系統中存在週期性行為。

研究人員成功延長了時間晶體的壽命，證實了弗蘭克-威爾切克（Frank Wilczek）提出的理論概念。這標誌著量子物理學向前邁出了重要一步。

多特蒙德工業大學的研究小組最近成功地製造了一種非常耐用的時間晶體，它的壽命比以前的實驗所顯示的要長幾百萬倍。透過這項研究，他們證實了諾貝爾獎得主弗蘭克-威爾切克（Frank Wilczek）大約在十年前提出的一個極其有趣的現象，而這一現像已經出現在科幻電影中。這項研究成果現已發表在《自然-物理》雜誌。

空間晶體，是原子在大長度尺度上的週期性排列。這種排列賦予了晶體迷人的外觀，就像寶石一樣具有光滑的切面。物理學通常把空間和時間放在同一層面上處理，例如在狹義相對論中，麻省理工學院（MIT）物理學家、諾貝爾物理學獎得主弗蘭克-威爾切克（Frank Wilczek）在2012年提出了一個假設：除了空間中的晶體，時間中也一定存在晶體。他說，要做到這一點，它們的一個物理特性必須在時間上自發性地開始發生週期性變化，即使系統沒有經歷相應的週期性幹擾。

看似火焰的是新時間晶體的測量：每個點都對應一個實驗值，從而得出時間晶體核自旋極化週期性動態的不同視圖。圖片來源：Alex Greilich/多特蒙德大學

這種時間晶體是否可能存在，幾年來一直是科學界爭論不休的話題，但很快就出現在電影院裡：例如，在漫威影業出品的電影《復仇者聯盟：終局之戰》（2019）中，時間晶體就扮演了核心角色。從2017 年起，科學家開始在少數場合成功展示了潛在的時間晶體。

Alex Greilich 博士在多特蒙德工業大學物理系凝聚態物質研究中心工作。資料來源：多特蒙德工業大學

然而，與威爾切克最初的想法不同的是，這些系統受到具有特定週期性的時間激發，但隨後又以兩倍長的週期反應。2022 年，在玻色愛因斯坦凝聚態中才展示了一種晶體，雖然激發與時間無關，即恆定不變，但它在時間上表現出週期性。不過，這種晶體的壽命只有幾毫秒。

亞歷克斯-格雷利希博士領導的多特蒙德工業大學物理學家現已設計出一種由砷化鎵銦製成的特殊晶體，在這種晶體中，核自旋充當了時間晶體的儲存器。晶體在持續光照下，透過與電子自旋的相互作用形成核自旋極化。正是這種核自旋極化自發地產生了振盪，相當於時間晶體。

目前的實驗結果表明，這種晶體的壽命至少為40 分鐘，比迄今為止證明的壽命長1000 萬倍，而且有可能存活得更長。

透過系統地改變實驗條件，可以在很大範圍內改變晶體的週期。然而，也有可能進入晶體”熔化”的區域，即失去週期性的區域。這些區域也很有趣，因為這時會表現出混沌行為，這種行為可以維持很久。這是科學家第一次能夠利用理論工具來分析這類系統的混沌行為。

編譯來源：ScitechDaily