科學家創造出看得見的「時間晶體」：怎麼做到的？未來有哪些應用？

科學家首次創造出肉眼可見的「時間晶體」。運用液晶，並以特定光線照射，使其產生規律振盪，打破時間對稱性。此突破性研究發表於《自然-材料科學》。
可以被肉眼看見的「時間晶體」（time crystal），首次被科學家成功製造出來。其在探索量子行為和技術應用方面極具潛力，可能開啟一個全新的技術世界。

肉眼可見的「時間晶體」首次被製造出來
綜合外媒報導，美國科羅拉多大學博爾德分校（University of Colorado Boulder）的物理學家趙漢青（Hanqing Zhao，音譯）與其研究團隊，用液晶創造了時間晶體，研究成果4日刊登於《自然-材料》（Nature Materials）期刊。
液晶這種材料由棒狀分子組成，常被運用於液晶螢幕中，其運動模式既像液體又像晶體。

研究中作者將液晶夾在塗有光敏染料的玻璃板之間，當他們用特定類型的光照射時，染料分子會極化（即改變其排列），從而對液晶施加壓力。

這種壓力在液晶中產生了扭結（kinks ），這些扭結以一系列複雜的步驟相互作用，產生一種即使在光線和溫度變化的條件下，也能持續數小時的運動模式，呈現出一系列起伏的彩色條紋。

作者表示：「你只需要照射一束光，整個時間晶體世界就顯現出來了……它們可以直接在顯微鏡下觀察，甚至在特殊條件下，可以用肉眼觀察。」
顯微鏡下的「時間晶體」，當中的粒子處於不斷移動的狀態，看起來呈現一排霓虹色條紋：

電腦模擬「時間晶體」的運動模式：

什麼是時間晶體？不僅在空間中重複，也在時間中重複
所謂晶體是自然界最有規律的物質。在晶體內部，原子與分子排列成有次序且重複出現的結構，形成穩定堅硬的固體。

像鑽石、石英和鹽這樣的晶體材料，是由在空間中重複排列的粒子組成的三維原子晶格。
時間晶體則是指一種物質狀態，其型態每隔固定時間（而非空間）會重複出現。

物質之所以能夠形成晶體，是因為它們的原子會在空間內按照某種固定模式排列，產生對稱性與穩定性。

然而時間晶體的規律排列不是發生在空間中，而是在時間維度上形成重複的振盪模式。

換句話說，時間晶體不僅在空間中重複，也在時間中重複。它們的粒子以一定的時間振盪，這種時間振盪方式也可以疊加。重要的是，這種振盪打破了時間對稱性，似乎無視於其環境中的任何節奏。

時間晶體的未來應用
時間晶體是一個非常新的現象，最初由美國理論物理學家弗蘭克．維爾切克（Frank Wilczek）於2012年預測這個物質的存在。當時一些物理學家認為這是一個違反規律的概念，可能會違反熱力學的關鍵規則。

隨後在2016年，一組美國物理學家表示他們在實驗中，觀察到了時間晶體現象。然而這些晶體無法直接觀測，只能透過雷射的波動來研究。

而本次的發表與以往不同，是第一次達到人類肉眼可見的研究成果。

時間晶體在探索量子行為和技術應用方面極具潛力，其材料結構可能開啟一個全新的技術世界，包括新的防偽措施、隨機數產生器、二維條碼和光學設備。正因如此，科學家熱衷於探索它們的特性。