要不是物理學家自己宣布,很多人都以為這是一部《黑鏡》的新劇集:一塊普通液晶材料,靜靜放在玻璃片之間,不插電,不通風,不靠外力,就在那兒自己動了起來,還能一動就是幾個小時。
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更離譜的是,你拿顯微鏡一看,它就像在表演一場迷幻舞蹈,花紋旋轉、條紋流動,節奏感還特別強。
科學家給它起了個名字,叫“時間晶體”。
這個名字聽著玄乎,其實它真不是玄學,而是諾貝爾獎得主弗蘭克·威爾切克在2012年提出來的一個概念。當時老爺子突發奇想:既然空間里有晶體,比如鉆石、鹽,它們的原子排列成網格一樣的穩定結構,那會不會在時間維度上,也存在類似的“晶體”?
也就是說,不管你做不做什么,它自己就在時間里不斷重復一個動作,像宇宙送你的一段循環動畫。
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說白了,這玩意兒就是“永動機的親戚”,但又不違反物理定律。
過去幾年,谷歌的量子計算機里曾經造出過一種時間晶體,可惜只有冷冰冰的數據能證明它的存在。普通人哪怕拿著放大鏡盯上十年,也什么都看不到。
可這次不一樣,科羅拉多大學博爾德分校的研究團隊,用液晶這種司空見慣的材料,搞出來了一種能“看得見”的時間晶體。成果剛剛在2025年9月4日發表在《自然·材料》(Nature Materials)上。
這一點意義非凡。因為之前的時間晶體就像物理學家們的小黑屋游戲,圈子里的人能用數學和探測器證明它確實在動,但普通人根本沒法直觀感受。而液晶版時間晶體,你在顯微鏡下就能看見花紋在流動,甚至在特殊條件下,用肉眼都能捕捉到它的變化。
主導這項工作的,是博士生趙涵清(Hanqing Zhao)和他的導師伊萬·斯馬柳赫(Ivan Smalyukh),他們還同時隸屬于一個名字很中二的國際研究機構——“具有扭結手性超物質的可持續性國際研究所”(WPI-SKCM2),總部設在日本廣島大學。
翻譯一下,這是一個想人工造出全新物質、順帶推動人類可持續發展的跨國團隊。
那么,他們是怎么干的?
答案其實挺優雅:玻璃片 + 液晶 + 光。
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趙和斯馬柳赫把一些液晶分子夾在兩片玻璃之間,這些液晶是那種棒狀的分子,它們既不像水那樣亂跑,又不像冰那樣死板。正常情況下,這些液晶靜靜待著,沒啥特別。
但一旦科學家往里打光,奇跡就發生了:玻璃表面的染料分子會重新調整方向,從而擠壓液晶分子,結果液晶內部就突然冒出成千上萬個“扭結”——物理學上叫“拓撲孤子”,你可以想象成是小小的漩渦。
更神奇的是,這些扭結不會乖乖待在原地,而是像舞池里的舞伴一樣,不停分開、重組、旋轉、再重逢。你要是看過《傲慢與偏見》里那種舞會,就很像那種反復交錯的舞步。科學家把它們比喻成“粒子”,因為它們會互相作用,像原子一樣遵循復雜的規律。
最讓人震驚的,是這種舞蹈能持續幾個小時,哪怕你調高或者調低溫度,它們依然頑強地在時間里循環,就像一首永不停歇的旋律。正如斯馬柳赫所說:“你只需要打點光,整個時間晶體的世界就出現了。”
聽到這里你可能會問:這玩意兒除了好看,還有啥用?
別急,應用場景反而挺接地氣,比如防偽。
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如果在鈔票里加上這種材料,你只要拿手機光照一下,一張動態的“時間水印”就出現了,想造假?對不起,你根本模仿不出來。
再比如數據存儲。科學家發現,把不同的時間晶體疊在一起,可以生成更加復雜的周期圖案,就像給信息加上“時間條形碼”,理論上能存下海量數據。
至于還能干啥,連研究者自己都沒想好。趙涵清和斯馬柳赫在論文里留了句耐人尋味的話:“我們不想現在就給應用設限,這項技術有可能在很多方向上被推動。”
說到底,這次的發現最重要的意義,可能并不在于眼前能不能做成某個產品,而是它打開了一扇門,讓人類第一次用肉眼直觀感受到“時間晶體”這種原本只存在于物理學論文里的概念。
過去,時間晶體是數學公式和量子比特的玩具,而現在,它變成了一種能“看見”的現實存在。
這就好比你聽說黑洞的時候,它只是廣義相對論里的一個推演;但當第一張黑洞照片發布時,那個模糊的光環瞬間擊中所有人——原來它真的在那里。
而時間晶體的可見化,某種程度上就是物理學的“黑洞照片時刻”。
(這項研究由美國科羅拉多大學博爾德分校物理學系趙涵清和伊萬·斯馬柳赫領導完成,成果發表于2025年9月4日的《自然·材料》(Nature Materials),題目為《來自類粒子拓撲孤子的時空晶體》(Space-time crystals from particle-like topological solitons),DOI: 10.1038/s41563-025-02344-1。)
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