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加州大学河滨分校(UCR)科学家终于观察到神秘的时间晶体!
来源:cnbeta | 2022/2/19 12:09:54 | 浏览:788 | 评论:0

我们都见过晶体,无论是简单的盐粒或糖粒还是精致美丽的紫水晶。这些晶体由原子或分子组成,以对称的三维模式重复,被称为晶格,其中原子在空间中占据特定的点。如通过形成一个周期性的晶格,钻石中的碳原子打破了它们所在空间的对称性。物理学家将此称为“打破对称性”。科学家们最近发现,类似的效果也可以在时间中得到见证。对称性打破,顾名思义,只有在存在某种对称性的地方才能出现。在时间领域,一个周期性变化的力量或能量源自然产生一个时间模式。

当一个由这种力驱动的系统面临一个似曾相识的时刻时,对称性就会被打破,但跟该力的周期不同。在过去十年中,“时间晶体”被作为物质的一个新阶段来追求,最近在隔离系统中的精心实验条件下被观察到。这些实验需要极低的温度或其他严格的条件,以减少不必要的外部影响。

为了让科学家们更多地了解时间晶体并在技术中运用它们的潜力,他们需要找到产生时间晶体状态并在实验室外保持其稳定性的方法。

本周发表在《Nature Communications》上的由加州大学河滨分校(UCR)领导的前沿研究已经在一个没有与周围环境隔离的系统中观察到了时间晶体。这一重大成就使科学家们离开发用于现实世界应用的时间晶体又近了一步。

这项研究的论文第一作者Hossein Taheri说道:“当你的实验系统跟周围环境有能量交换时,耗散和噪声会携手破坏时间秩序。在我们的光子平台上,系统在增益和损耗之间取得了平衡,以创造和保存时间晶体。”

全光时间晶体是通过一个直径为一毫米的盘状氟化镁玻璃谐振器实现。当被两束激光轰击时,研究人员观察到次谐波尖峰或两束激光之间的频率音,这表明时间对称性被打破,时间晶体产生。

UCR领导的团队利用了一种叫做自注入锁定的技术,它将两束激光锁定在谐振器上以实现对环境影响的稳健性。这个系统的时间重复状态的特征可以很容易地在频域中得到测量。因此,拟议的平台简化了对这种新物质阶段的研究。

在不需要低温的情况下,该系统可以被移到复杂的实验室之外进行现场应用。这种应用之一可能是对时间的高度精确测量。由于频率和时间是彼此的数学反数,所以测量频率的准确性能实现精确的时间测量。

Taheri说道:“我们希望这个光子系统能被用于具有卓越稳定性的紧凑型和轻型射频源以及用于精确计时。”

相关讯息:科学家首次看到时间晶体原子不断轮回,获大突破,四维空间存在?

空间物理学将空间划分成不同维度,一维空间是一条可以无限延伸的直线,只有长度,二维空间是一个平面,只有长度和宽度,三维空间是一个立体的3D空间,有长度,宽度和高度,即现实世界,这个时候人们自然联想到四维空间,那么四维空间是否真实存在?

加州大学河滨分校(UCR)科学家终于观察到神秘的时间晶体!

有人大胆提出假设,四维空间就是三维空间叠加了时间维度,四维空间在一定时间内“规律变化”,这意味着四维空间生命可以不断轮回。

3维世界的物质在没有外力的情况下一般保持静止状态,比如手机,上一秒和下一秒都是一个模样,但四维空间物体则会自然变化,变成不同模样,在一定时间内又变回原样。

加州大学河滨分校(UCR)科学家终于观察到神秘的时间晶体!

本以为四维空间物体只存在于我们的假设和幻想中,永远不可能存在于现实世界中,但在2012年,诺贝尔物理学奖得主弗朗克·韦尔切克提出一种属于四维空间的物体-时间晶体,2016年,由诺曼·姚(Norman Yao)带领的科学团队成功出创造出了时间晶体。

在2021年2月,来自德国马克斯·普朗克智能系统研究所的研究人员称,他们再次在时间晶体的研究中获得了突破性研究,首先研究员在室温下用磁振子制成时间晶体,然后用扫描透射X射线显微镜首次观察了时间晶体原子在不断轮回的过程。

加州大学河滨分校(UCR)科学家终于观察到神秘的时间晶体!

什么是时间晶体?

很多研究报告对于时间晶体的描述太过官方了,不是专业人士真的很难看懂,我在这里以简单易懂的方式再次描述。

加州大学河滨分校(UCR)科学家终于观察到神秘的时间晶体!

时间晶体又称时空晶体,属于四维晶体,在现实世界中,晶体并不少见,比如水晶钻石,橄榄石,石英晶体,钻石等,但是这些都属于三维晶体,因为其内部原子以三维网格结构排列,结构比较固定,原子不会移动太多,因此三维晶体只在外部空间上移动,但是作为四维度晶体的的时间晶体完全不同,内部粒子一直在做短距离的周期变化,并且变化轨迹复杂,并非平移运动。

加州大学河滨分校(UCR)科学家终于观察到神秘的时间晶体!

由于时间晶体内部原子在周期轮回,不受到空间影响,这可能会导致许多潜在的应用,比如未来可用于精确计时,不过现在还不行,因为制造出来的时间晶体存在时间较短,形状并不稳定。

时间晶体研究获重大突破

为了研究时间晶体,首先必须要制造出来,之前科学家一直在使用超冷爱因斯坦冷凝体玻色子,通过电子自旋的集体激发制造出时间晶体。但是现在,马克斯·普朗克研究以不同的方式制造出时间晶体。

他们先将一根坡莫合金与天线连接在一起,然后接通电流,电流在坡莫合金材料上产生振荡磁场,电磁波从两端传播到坡莫合金材料上,电磁波激发了材料内部的磁振子,运动的磁振子返复凝结成重复的图案,这意味着时间晶体内部原子在不断轮回。

马克斯·普朗克研究人员观察到,在时间晶体内部,原子行为是怪异的,比如先往一个方向旋转,接着往另一个方向旋转,不管怎么旋转,结果都会在规定时间内回到原点,这被科学家称为“滴答声”,也就是说时间晶体内部原子在时间上不断地轮回。

马克斯·普朗克研究人员发现,时间晶体可以与其他准粒子相互作用,用这种方式制造的时间晶体能够在很长时间内保持稳定状态,这些都是前所未有的新发现,是一次突破性发现,为制造时间晶体开辟了新的途径。

总结

时间晶体再一次被证实存在了,它不仅具有空间相互性,还具有时间上的轮回关系,意味着时间晶体未来的应用潜力巨大,在不久的未来,时间晶体的应用可能会变得非常广泛,可以用在精确计时,雷达成像,量子传送等。

加州大学河滨分校(UCR)科学家终于观察到神秘的时间晶体!

时间晶体是四维晶体,内部原子可以一直轮回,锁住时间,这是否意味着四维空间也真实存在呢?四维空间存在于某一个宇宙角落里,一切物体在这里无限轮回,其中也包括生命,生命在这里没有起点也没有终点,一直在这里不断轮回。

加州大学河滨分校(UCR)科学家终于观察到神秘的时间晶体!

这让我想了一部很有名的科幻大片《2001太空漫游》,虽然是一部很老的片子,但很多人表示看不懂,该影片最后出现的场景就是四维空间,空间和生命在这里不断轮回,想想都觉得神奇,大家对四维空间有什么看法?

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