就像黑膠唱片一樣，時間水晶的奇怪概念正在重新流行起來。2012年，獲得諾貝爾獎的物理學家提出，即使不添加能量，量子粒子系統(tǒng)的性質(zhì)也會隨著時間的推移而循環(huán)，就像原子的晶體在空間中重復一樣，即使沒有添加能量也是如此。但是其他人很快證明了一個“不行定理”，它說這樣的事情是不可能的，并用研究人員很快在實驗室中證明的時間晶體的不太幻想的定義代替了它。但是現(xiàn)在，兩位物理學家已經(jīng)證明，至少在理論上，時間晶體的原始概念畢竟是可能的。

“我認為這是正確的，”劍橋麻省理工學院的理論物理學家弗蘭克·威爾澤克說，他夢time以求的是時間晶體，但并未參與這項新工作。其他物理學家說，新方案是“繞過'不行'的一種方法。”但是，通過實驗實現(xiàn)該系統(tǒng)可能非常困難。

在物理學中，模式似乎無處不在。例如，在結(jié)晶固體中，原子之間的作用力未明確指定原子的位置或原子之間的距離。但是，將原子冷卻到其基態(tài)后，它們會嵌套成重復的圖案，如棋盤上的正方形。

威爾切克想知道，通過類似的物理學，系統(tǒng)是否可能具有以某種可測量的方式而不是在空間中重復的基態(tài)。2012年，他的兩篇關(guān)于該主題的論文引發(fā)了一系列研究。然而，2015年，現(xiàn)在都在東京大學的理論物理學家渡邊春樹和Oshikawa Masaki證明，嚴格來說，時間晶體是不可能的。他們表示，在所謂的熱力學平衡狀態(tài)下，一個孤立的系統(tǒng)的最低能量狀態(tài)必須是靜態(tài)的。

但是，其他研究人員進一步擴展了Wilczek的想法，并發(fā)現(xiàn)，反復受到能量推動的系統(tǒng)(例如，孩子被推到秋千上)可能表現(xiàn)出新穎的行為，被稱為離散時間晶體。這樣的周期性攪動的系統(tǒng)通常以外部刺激的頻率的倍數(shù)振蕩。但是，研究人員預測，相反，系統(tǒng)內(nèi)部的交互可能使其響應速度是外部頻率的一半，就像孩子奇怪地以父母推動頻率的一半擺動一樣。

在現(xiàn)實世界中已經(jīng)看到了這種效果。例如，2017年，馬里蘭大學學院公園分校的實驗物理學家克里斯托弗·門羅(Christopher Monroe)和他的同事們制作了一個離散時間晶體，其中有10個旋轉(zhuǎn)的rub離子排列成鏈狀。通過磁相互作用，離子趨向于指向相反的方向，并且噪聲會隨機地將它們推擠。但是，通過用微波脈沖來激發(fā)離子，研究人員可以鎖定自旋的模式，使它們以脈沖速率的一半恰好翻轉(zhuǎn)。

現(xiàn)在，位于雷克雅未克的冰島大學的理論物理學家Valerii Kozin和英國?？巳卮髮W的Oleksandr Kyriienko證明了，至少從理論上講，有可能構(gòu)建一個更接近Wilczek最初想法的系統(tǒng)。為此，他們拋棄了渡邊和Oshikawa的不行定理的一個前提，該定理基于這樣的假設，即粒子之間相互作用的強度隨著距離而消失，就像電磁力一樣。相反，Kozin和Kyriienko在理論上分析了旋轉(zhuǎn)粒子(如門羅離子)的情況，這種相互作用不會隨距離消失，這在理論上是可能的。

研究人員在《物理評論快報》(Physical Review Letters)中報告說，通過這種長時間的相互作用，系統(tǒng)可以具有不需要增加能量的時間晶體基態(tài)?；飯钥普f：“我們展示的是一個漏洞，而不是反例”。

假設的時間晶體狀態(tài)非常復雜。多虧了量子力學，每個離子可以同時向上和向下旋轉(zhuǎn)，而且時間晶體類似于所有粒子同時向上和向下旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)，只是復雜得多。時間晶體的特征是微妙的，很難測量：指向上或指向下的自旋數(shù)的某些相關(guān)性會隨時間波動，即使系統(tǒng)在其最低能量狀態(tài)下也保持穩(wěn)定。

渡邊說，結(jié)果并不令人震驚，因為當系統(tǒng)具有遠程交互作用時，理論物理學的其他基巖結(jié)果就會消失。他說：“對于遠程系統(tǒng)中的這種行為，我不會感到驚訝。”“但是，有一個具體的簡單示例還是很好。”

該系統(tǒng)可以通過實驗實現(xiàn)嗎?基里連科說他充滿希望。“應該有可能，但這是一個具有挑戰(zhàn)性的衡量。”門羅不那么樂觀。Monroe說，Kozin和Kyriienko在其模型中的遠距離相互作用遠比陷阱中離子之間的相互作用要復雜得多。“在實踐中，我認為我們沒有任何物理系統(tǒng)允許這種相互作用，”夢露說。“但是我們可能會感到驚訝。那是科學的偉大之處。”