四川
探索宇宙奥秘 · 理性思考
时间晶体通常存在于接近绝对零度的极端环境中。
它们是量子世界的隐士。
但纽约大学的科学家改变了这一认知。
他们制造出了一种新型时间晶体。
这种晶体不仅肉眼可见，甚至悬浮在声波中。
你可以把它拿在手里观察。
这一发现发表在《物理评论快报》上。
它打破了我们对物质状态的常规理解。
这项研究最直观的特点在于“可见”。
以往的时间晶体都在微观尺度。
这次，纽约大学团队使用了聚苯乙烯泡沫塑料珠。
这些珠子直径只有几毫米。
研究人员将它们放入一个3D打印的框架中。
框架底部有圆形扬声器。
扬声器发出特定频率的声波。
声波在框架内形成驻波。
驻波产生声辐射力，抵消了重力。
珠子就这样悬浮在半空中。
这就像魔术，但原理是声学悬浮。
当这些珠子悬浮时，奇妙的现象发生了。
它们开始自发地振荡。
这种振荡不是杂乱无章的。
它有着精确的周期和节奏。
这就是宏观世界的时间晶体。
这种振荡背后的机制令人着迷。
它似乎违背了牛顿第三定律。
牛顿告诉我们要讲究“作用力与反作用力”。
力总是成对出现，大小相等，方向相反。
但在这些悬浮珠子之间，情况变了。
珠子之间通过交换声波来相互作用。
关键在于珠子的大小不同。
大珠子散射声波的能力强于小珠子。
这导致了一种“非互易”的相互作用。
大珠子对小珠子的影响，大于小珠子对大珠子的影响。
这就像两艘大小不一的船。
它们激起的水波对彼此的推力并不对等。
这种不平衡的力，驱动了珠子的持续振荡。
系统不需要外部驱动来维持这种节奏。
它自发地打破了时间平移对称性。
这就是时间晶体的核心特征。
时间晶体的概念最早提出于2012年。
诺贝尔奖得主维尔切克构想出了这一概念。
他认为物质可以在时间上呈现周期性结构。
这就像空间中的晶体原子排列。
但时间晶体是在“时间”维度上重复。
2016年，科学家首次在实验中观测到时间晶体。
那是在马里兰大学的实验室。
他们使用的是镱离子链。
紧接着，哈佛大学团队也利用金刚石氮空位中心实现了观测。
这些早期实验都依赖于量子系统。
它们需要极低的温度和精密的激光控制。
那是一个纯粹的量子力学现象。
纽约大学的这项新研究则不同。
它展示了一个“经典”的时间晶体。
它不需要量子纠缠，也不需要接近绝对零度。
它发生在室温下，发生在我们肉眼可见的尺度。
这极大地简化了时间晶体的研究条件。
它让这种奇异的物质形态走出了量子实验室。
中国在时间晶体研究领域处于世界第一梯队。
中国科研机构在这个方向上积累了深厚实力。
早在2017年，中国科学技术大学潘建伟团队就有重要贡献。
他们在冷原子系统中模拟了时间晶体行为。
近年来，清华大学、浙江大学等团队也频频发力。
他们在超导量子比特系统中观测到了离散时间晶体。
这些研究主要集中在对量子计算的潜在应用上。
中国在量子计算硬件方面的进步，直接推动了时间晶体研究。
比如“祖冲之号”量子计算机。
它为探索多体局域化现象提供了强大平台。
这正是时间晶体存在的关键物理环境之一。
对于这次纽约大学的“声悬浮”宏观时间晶体。
中国科学家在声镊和软物质物理领域同样不落后。
中科院声学研究所等机构在声操控技术上造诣颇深。
虽然这次是纽约大学率先实现了这种特定的宏观形态。
但中国完全具备复现并深入研究这一系统的能力。
甚至在将声学时间晶体应用于传感器方面。
中国可能会展现出更快的工程化速度。
这项发现不仅仅是物理学的趣味演示。
它揭示了“非互易相互作用”的巨大潜力。
这种相互作用在自然界中其实很常见。
生物体内的生化网络就是例子。
比如我们的生物钟，也就是昼夜节律。
它就建立在非互易的化学反应之上。
细胞内的分子交换并不总是遵循牛顿式的对等原则。
纽约大学的这个声学系统，为生物学提供了物理模型。
我们可以用悬浮的珠子来模拟复杂的生物网络。
在技术层面，这为新型传感器设计提供了思路。
利用这种非互易性，可以制造对环境极其敏感的探测器件。
更重要的是，它为量子技术提供了新的模拟路径。
我们可以用这种简单的宏观系统。
来模拟那些难以观测的复杂量子现象。
这有助于科学家理解量子计算机中的退相干问题。
虽然目前还没有直接的商业产品。
但时间晶体正在从理论幻想走向现实应用。
这次发现，让我们离那个未来更近了一步。
Mia C. Morrell et al, Nonreciprocal wave-mediated interactions power a classical time crystal, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/zjzk-t81n.
arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2504.15495.
New York University. "Scientists discover 'levitating' time crystals that you can hold in your hand." ScienceDaily. 6 February 2026.
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