要不是物理学家自己宣布,很多人都以为这是一部《黑镜》的新剧集:一块普通液晶材料,静静放在玻璃片之间,不插电,不通风,不靠外力,就在那儿自己动了起来,还能一动就是几个小时。
更离谱的是,你拿显微镜一看,它就像在表演一场迷幻舞蹈,花纹旋转、条纹流动,节奏感还特别强。
科学家给它起了个名字,叫“时间晶体”。
这个名字听着玄乎,其实它真不是玄学,而是诺贝尔奖得主弗兰克·威尔切克在2012年提出来的一个概念。当时老爷子突发奇想:既然空间里有晶体,比如钻石、盐,它们的原子排列成网格一样的稳定结构,那会不会在时间维度上,也存在类似的“晶体”?
也就是说,不管你做不做什么,它自己就在时间里不断重复一个动作,像宇宙送你的一段循环动画。
说白了,这玩意儿就是“永动机的亲戚”,但又不违反物理定律。
过去几年,谷歌的量子计算机里曾经造出过一种时间晶体,可惜只有冷冰冰的数据能证明它的存在。普通人哪怕拿着放大镜盯上十年,也什么都看不到。
可这次不一样,科罗拉多大学博尔德分校的研究团队,用液晶这种司空见惯的材料,搞出来了一种能“看得见”的时间晶体。成果刚刚在2025年9月4日发表在《自然·材料》(Nature Materials)上。
这一点意义非凡。因为之前的时间晶体就像物理学家们的小黑屋游戏,圈子里的人能用数学和探测器证明它确实在动,但普通人根本没法直观感受。而液晶版时间晶体,你在显微镜下就能看见花纹在流动,甚至在特殊条件下,用肉眼都能捕捉到它的变化。
主导这项工作的,是博士生赵涵清(Hanqing Zhao)和他的导师伊万·斯马柳赫(Ivan Smalyukh),他们还同时隶属于一个名字很中二的国际研究机构——“具有扭结手性超物质的可持续性国际研究所”(WPI-SKCM²),总部设在日本广岛大学。
翻译一下,这是一个想人工造出全新物质、顺带推动人类可持续发展的跨国团队。
那么,他们是怎么干的?
答案其实挺优雅:玻璃片 + 液晶 + 光。
赵和斯马柳赫把一些液晶分子夹在两片玻璃之间,这些液晶是那种棒状的分子,它们既不像水那样乱跑,又不像冰那样死板。正常情况下,这些液晶静静待着,没啥特别。
但一旦科学家往里打光,奇迹就发生了:玻璃表面的染料分子会重新调整方向,从而挤压液晶分子,结果液晶内部就突然冒出成千上万个“扭结”——物理学上叫“拓扑孤子”,你可以想象成是小小的漩涡。
更神奇的是,这些扭结不会乖乖待在原地,而是像舞池里的舞伴一样,不停分开、重组、旋转、再重逢。你要是看过《傲慢与偏见》里那种舞会,就很像那种反复交错的舞步。科学家把它们比喻成“粒子”,因为它们会互相作用,像原子一样遵循复杂的规律。
最让人震惊的,是这种舞蹈能持续几个小时,哪怕你调高或者调低温度,它们依然顽强地在时间里循环,就像一首永不停歇的旋律。正如斯马柳赫所说:“你只需要打点光,整个时间晶体的世界就出现了。”
听到这里你可能会问:这玩意儿除了好看,还有啥用?
别急,应用场景反而挺接地气,比如防伪。
如果在钞票里加上这种材料,你只要拿手机光照一下,一张动态的“时间水印”就出现了,想造假?对不起,你根本模仿不出来。
再比如数据存储。科学家发现,把不同的时间晶体叠在一起,可以生成更加复杂的周期图案,就像给信息加上“时间条形码”,理论上能存下海量数据。
至于还能干啥,连研究者自己都没想好。赵涵清和斯马柳赫在论文里留了句耐人寻味的话:“我们不想现在就给应用设限,这项技术有可能在很多方向上被推动。”
说到底,这次的发现最重要的意义,可能并不在于眼前能不能做成某个产品,而是它打开了一扇门,让人类第一次用肉眼直观感受到“时间晶体”这种原本只存在于物理学论文里的概念。
过去,时间晶体是数学公式和量子比特的玩具,而现在,它变成了一种能“看见”的现实存在。
这就好比你听说黑洞的时候,它只是广义相对论里的一个推演;但当第一张黑洞照片发布时,那个模糊的光环瞬间击中所有人——原来它真的在那里。
而时间晶体的可见化,某种程度上就是物理学的“黑洞照片时刻”。
(这项研究由美国科罗拉多大学博尔德分校物理学系赵涵清和伊万·斯马柳赫领导完成,成果发表于2025年9月4日的《自然·材料》(Nature Materials),题目为《来自类粒子拓扑孤子的时空晶体》(Space-time crystals from particle-like topological solitons),DOI: 10.1038/s41563-025-02344-1。)
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