北京時間2月24日消息，據(jù)國外媒體報道，美國麻省理工學(xué)院著名理論物理學(xué)家、諾貝爾物理學(xué)獎得主弗朗克-韋爾切克近日發(fā)表最新研究成果稱，可做周期性運動的“時間晶體”可能確實存在。相對于普通的三維空間晶體而言，所謂的“時間晶體”是指一種在第四維空間(即時間)也存在周期性重復(fù)運行的結(jié)構(gòu)。研究人員認為，這種神奇的結(jié)構(gòu)類似于永動機，處于一種永動狀態(tài)，但并不違背能量守恒定律。

      從鉆石到雪花等，晶體在自然界非常普遍。這些物質(zhì)原子整齊地排列，在三維空間上呈周期性重復(fù)的圖案，讓它們形成了非常美麗的外觀。這些三維空間的晶體在科技領(lǐng)域也是重要的研究和應(yīng)用材料。諾貝爾物理學(xué)獎得主弗朗克-韋爾切克在這項重要研究中認為，自然界可能也存在第四維空間的晶體，即“時間晶體”，也就是在第四維呈周期性重復(fù)運動的結(jié)構(gòu)。

      根據(jù)物理學(xué)家的觀點，一個時間晶體應(yīng)該是一種自然的物體，它的要素成份以一種重復(fù)性模式在運動。像萬花筒一樣，其中的碎片一直在循環(huán)往復(fù)地旋轉(zhuǎn)形成各種美麗的圖案；或者像時鐘一樣，其時針每12小時完成360度旋轉(zhuǎn)。不過，與時鐘或其他有不斷運動部件的普通物體不同的是，時間晶體是在自己的永動機制的支持下實現(xiàn)永遠運動，而這種永動機制必須要符合物理學(xué)定律。

      這樣的怪異物體令人感到不可思議，難以理解，大多數(shù)人此前更是從未想像過。但是，韋爾切克認為，它們可能已經(jīng)存在于自然界中，或很快將通過工程手段人工合成，而且可能存在多種類型的時間晶體。韋爾切克解釋說，“最簡單的實現(xiàn)形式就是，某種系統(tǒng)，它的幾何學(xué)特征讓它能夠做環(huán)形運動，一定時間后又回到原來的位置。某種更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，可能就是一組原子，它們在三維空間中做無規(guī)律自由運動，但是它們都會周期性地回到自己的始發(fā)點?！?/P>

      關(guān)于時間晶體的特點，韋爾切克認為，它的運動應(yīng)該不消耗任何能量，相反，它應(yīng)該處于一種穩(wěn)定的最小能量狀態(tài)，就像鉆石和其他傳統(tǒng)的晶體一樣。即使這樣，它仍然是處于一種永動狀態(tài)。不過，韋爾切克也表示，時間晶體與永動機并不一樣，時間晶體并不違背能量守恒定律?！巴ǔＧ闆r下，所謂的永動機肯定不會長久，因為它們并不是處于一種基態(tài)，它們的能量會隨著運動而消耗，最終能量會消耗殆盡。在時間晶體中，能量是守恒的，因為沒有任何能量被移走。神奇的是，在這些物體中，能量有自己最小化配置，但是物體中原子的運動速率并非為零?！?/P>

      韋爾切克在論文中辯解稱，時間晶體遵循一種被物理學(xué)家稱為“時間對稱破缺”的理論。這種理論就是：無論在空間上你在哪里，還是時間上你在哪里，物理學(xué)原理都同樣適用。你可以實施一項物理學(xué)實驗，可以進行某些測試，然后帶上這些實驗設(shè)備轉(zhuǎn)移到任何方向一個任意短距離內(nèi)的地方，或者在短時間內(nèi)等待任何時長后再次進行某些實驗，在所有這些實驗中你應(yīng)該得到同樣的結(jié)果。在這種情況下，時間和空間被稱為完美對稱。韋爾切克的重要觀點是，能夠打破時間對稱性的晶體也是可以存在的。在最近發(fā)表的兩篇論文中，韋爾切克通過數(shù)學(xué)方法對其進行了驗證。

      普通的晶體通常都是非完美的。因此，韋爾切克認為，有可能發(fā)現(xiàn)或制造出一個非完美的時間晶體，即這個物體可以以一種近圓形方式運動，但是會有輕微的波折，因此在相當長的時間內(nèi)它會緩慢地輻射出少許能量。不過，韋爾切克也表示，真正的時間晶體可能也存在于自然界中，最有可能先在實驗室中實現(xiàn)。

      由于這種晶體的形成條件過去苛刻，而且很少有人能夠理解，因此現(xiàn)在談?wù)撍鼈兊挠猛具€為時尚早。韋爾切克表示，“當前的研究就是去發(fā)現(xiàn)理論上的可能性。接下來，如果大自然是仁慈的，而且有幽默感的話，那時間晶體就會很快在某個地方出現(xiàn)。為了幫助那些試圖通過實驗方式驗證的人，我們首先應(yīng)該為他們提供指導(dǎo)，建議哪些材料最有希望實現(xiàn)。”

      韋爾切克的兩篇最新論文發(fā)表于arXiv網(wǎng)站上，其中一篇的聯(lián)合作者是美國肯塔基大學(xué)物理學(xué)家阿爾弗萊德-沙皮爾。兩位物理學(xué)家計劃近期將論文發(fā)表于《物理評論快報》上。