科學(xué)家發(fā)現(xiàn)：粒子越擁擠越活躍，新物質(zhì)狀態(tài)誕生！

在傳統(tǒng)物理的視野中，秩序往往意味著克制，意味著邊界內(nèi)的穩(wěn)定與可預(yù)測(cè)。

尤其在粒子系統(tǒng)的研究中，“擁擠”曾是一個(gè)近乎貶義的詞匯。粒子密度一旦升高，意味著碰撞頻繁、運(yùn)動(dòng)受限、能量耗散，最終趨向熵增所主導(dǎo)的緩慢衰減。

這似乎與人類的日常經(jīng)驗(yàn)恰好重合：地鐵里的擁擠、車流中的停滯、信息網(wǎng)絡(luò)的阻塞，每一次“太多”都導(dǎo)向“太慢”。

然而，根據(jù)《自然·物理學(xué)》的一篇論文，來(lái)自荷蘭萊頓大學(xué)的一組研究卻打破了這種一致性。

他們沒有選擇復(fù)雜的模擬系統(tǒng)，而是回到了最基本的物理實(shí)驗(yàn)架構(gòu)：金屬珠子、電場(chǎng)、玻璃板，一套看似樸素的裝置，在某種意義上卻制造出了一種對(duì)秩序本身的反叛。

在這個(gè)系統(tǒng)中，金屬珠子的直徑僅為一毫米，被安置于兩片彼此平行的玻璃電極之間。玻璃并不單純承擔(dān)物理邊界的職責(zé)，它們同時(shí)是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的源頭。當(dāng)電場(chǎng)開啟，這些靜止的珠子獲得能量，開始沿著垂直方向震動(dòng)。

并不是任意地躁動(dòng)，而是以極高的頻率（每秒上百次）穿梭于兩個(gè)電極之間。它們不行走，但它們被迫呼吸，以機(jī)械的節(jié)奏在空間中顫動(dòng)。

起初，這只是一個(gè)封閉而可控的微觀劇場(chǎng)。只有零星幾個(gè)粒子，系統(tǒng)近乎靜默。

然而，當(dāng)實(shí)驗(yàn)者將金屬珠子的數(shù)量提升至上百甚至上千時(shí)，這個(gè)系統(tǒng)從“穩(wěn)定”走向“躁動(dòng)”，從微弱的運(yùn)動(dòng)中裂變出無(wú)法預(yù)測(cè)的集體動(dòng)力學(xué)。

粒子之間開始頻繁碰撞，系統(tǒng)不再是多個(gè)獨(dú)立體的疊加，而變成了一種整體涌動(dòng)的狀態(tài)。更重要的是，這些碰撞并未像我們所習(xí)慣的彈跳球那樣，在每次接觸中喪失能量。

相反，它們以一種反常的方式“傳遞”動(dòng)能。碰撞不再是能量的終點(diǎn)，而變成了下一次加速的起點(diǎn)。

于是，一個(gè)令人驚異的物理現(xiàn)象出現(xiàn)了：越擁擠，越活躍。

研究者將這種狀態(tài)命名為“活性氣體”（active gas），一個(gè)介于傳統(tǒng)氣體狀態(tài)與非平衡系統(tǒng)之間的新物質(zhì)形態(tài)。它不符合理想氣體方程，也無(wú)法簡(jiǎn)單用固體或液體的相態(tài)模型描述。它是一種行為上的集體躍遷，是粒子間通過(guò)超彈性碰撞形成的、自我維持的有序混亂。

在某種意義上，它更像是一種“類生命”狀態(tài)。不是因?yàn)樗鼈兙邆湟庾R(shí)，而是因?yàn)樗鼈冋宫F(xiàn)出對(duì)環(huán)境輸入的響應(yīng)能力，以及在群體維度上的適應(yīng)與變形能力。

這種變化并不只局限于宏觀觀測(cè)。在實(shí)驗(yàn)中，研究者還引入了對(duì)電場(chǎng)的調(diào)控機(jī)制。他們嘗試不再持續(xù)供電，而是以周期性的開關(guān)頻率打斷系統(tǒng)的動(dòng)力鏈。結(jié)果顯示：當(dāng)電場(chǎng)通斷頻率提高時(shí)，系統(tǒng)整體運(yùn)動(dòng)反而減緩；而頻率降低，則重新激發(fā)系統(tǒng)的高度活躍。

這意味著什么？意味著我們不僅能夠觀察這種粒子的集體行為，還可以精確控制其行為演化的節(jié)奏。更進(jìn)一步，通過(guò)調(diào)節(jié)通斷頻率，研究者竟能使這些金屬珠子自組織出三種近似經(jīng)典相態(tài)的結(jié)構(gòu)——類氣體、類液體、類晶體。

在無(wú)需調(diào)節(jié)溫度與壓力的條件下，僅通過(guò)能量輸入的方式，一套微觀粒子系統(tǒng)便展現(xiàn)出與宏觀物質(zhì)相態(tài)轉(zhuǎn)換平行的動(dòng)力邏輯。這種結(jié)果，本身已足夠令人肅然起敬。

但問(wèn)題并不止于“現(xiàn)象”。它所提出的挑戰(zhàn)，瞄準(zhǔn)的是我們對(duì)“組織性”的基本理解。

我們往往將有序與靜態(tài)綁定，將混亂與能量看作相對(duì)的兩個(gè)端點(diǎn)。但在這個(gè)系統(tǒng)中，真正的“秩序”不是停滯的平衡，而是碰撞中生長(zhǎng)出的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)。不是熵減，而是高熵中的局部協(xié)同

這一點(diǎn)，某種意義上指向了物質(zhì)世界的另一種可能性。我們習(xí)慣于將物質(zhì)當(dāng)作服從外部規(guī)律的被動(dòng)集合體，但在活性物質(zhì)的視野下，粒子本身就是機(jī)制，它們具備響應(yīng)能力，能夠彼此塑造，并生成新的整體層次。

這也正是當(dāng)代物理中“非平衡態(tài)系統(tǒng)”與“主動(dòng)物質(zhì)”研究的前沿所在。人類已經(jīng)掌握了極高精度的靜態(tài)材料制造技術(shù)，但如果希望構(gòu)建更具適應(yīng)性、可塑性甚至部分自愈能力的材料體系，我們必須走向這些“可驅(qū)動(dòng)、可擾動(dòng)、可重組”的邊界。

未來(lái)的智能材料，或許不是“被造出來(lái)”的，而是“被激發(fā)出來(lái)”的。

它們未必有意識(shí)，但它們可能具備“行為”；未必能說(shuō)話，但能在電場(chǎng)或磁場(chǎng)中表現(xiàn)出獨(dú)特的節(jié)奏與模式。

而這一切的開端，不過(guò)是一群一毫米大小的金屬珠子，在兩塊電極之間，以奇異的律動(dòng)回響。

（參考：Marine Le Blay et al, Control of collective activity to crystallize an oscillator gas,Nature Physics(2025).DOI: 10.1038/s41567-025-02957-y）