人類終于造出可肉眼看到的時(shí)間晶體了！這項(xiàng)研究來自美國(guó)科羅拉多大學(xué)博爾德分校研究生趙漢青和教授伊凡·斯馬柳赫，發(fā)表在9月4日《自然-材料》上。這項(xiàng)突破，讓一種曾只存在于量子世界的奇異物質(zhì)形態(tài)，第一次走進(jìn)了我們的宏觀視野。

一、時(shí)間晶體：讓時(shí)間“活”起來的魔法

你肯定知道晶體，比如鉆石和雪花，它們的原子在空間上以一種極其規(guī)整、不斷重復(fù)的方式排列。它們是靜態(tài)的、永恒的幾何之美。

但你有沒有想過，如果物質(zhì)的重復(fù)性不是發(fā)生在空間，而是發(fā)生在時(shí)間上呢？

2012年，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主弗蘭克·維爾切克提出了一個(gè)驚人構(gòu)想：是否存在一種物質(zhì)，其內(nèi)部粒子即使在最低能量狀態(tài)下，也會(huì)永無休止地進(jìn)行周期性運(yùn)動(dòng)？ 這就是“時(shí)間晶體”。

等等，永恒運(yùn)動(dòng)？這難道不是永動(dòng)機(jī)嗎？

別急，它不是永動(dòng)機(jī)，也不違反熱力學(xué)定律。它的運(yùn)動(dòng)需要一個(gè)恒定的外部驅(qū)動(dòng)（比如一束光），但它既不從中獲取能量，也不向外耗散能量，只是穩(wěn)定地在不同狀態(tài)間“切換舞步”。

二、如何“導(dǎo)演”一場(chǎng)時(shí)間的芭蕾？

在此之前，所有的時(shí)間晶體都存在于極端的量子世界，比如鉆石的內(nèi)部或谷歌的量子計(jì)算機(jī)里，看不見也摸不著。研究人員這次另辟蹊徑，用上了我們手機(jī)里就有的材料——液晶。

他們的“配方”簡(jiǎn)單得出奇：

主角：液晶，就是你手機(jī)屏幕里的那種，一種介于液體和固體之間的神奇物質(zhì)。

三明治結(jié)構(gòu)：把液晶夾在兩片涂有光敏染料的玻璃片中間。

點(diǎn)亮魔法：用一束普通強(qiáng)度的光照射。

光照之下，染料分子開始“躁動(dòng)”，擠壓液晶分子，成千上萬個(gè)微小的“扭結(jié)”憑空出現(xiàn)。這些扭結(jié)如同有了生命一般，開始相互作用，翩翩起舞。最終，一幅幅肉眼可見的、被稱為“迷幻虎紋”的動(dòng)態(tài)圖案就誕生了。

三、這東西究竟有啥用？

從一個(gè)抽象的物理概念，到一個(gè)肉眼可見的穩(wěn)定系統(tǒng)，這絕不只是科學(xué)家的自?shī)首詷?。它的潛在?yīng)用，酷到超乎想象：

頂級(jí)防偽：時(shí)間水印

未來你拿到一張百元大鈔，想知道真假？用手機(jī)閃光燈照一下它上面的特殊區(qū)域，如果一個(gè)獨(dú)特的動(dòng)態(tài)圖案開始“跳舞”，那就是真的。這種“時(shí)間水印”極難復(fù)制，將使偽造貨幣的難度呈指數(shù)級(jí)上升。

海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

通過疊加不同的時(shí)空晶體，可以創(chuàng)造出無比復(fù)雜的時(shí)空?qǐng)D案，形成一種“2+1D條形碼”。相比于只能在二維平面存儲(chǔ)信息，多出來的時(shí)間維度，意味著信息存儲(chǔ)容量的潛力近乎無限。

通信和光學(xué)設(shè)備

除此之外，它在光通信和新型光學(xué)器件領(lǐng)域也大有可為。

短短10多年，時(shí)間晶體就從一個(gè)神秘的、難以理解的抽象概念，變成了我們?nèi)庋劭梢姷奈镔|(zhì)形態(tài)，甚至可能被應(yīng)用于我們?nèi)粘Ｉ?，這一次，會(huì)有什么領(lǐng)域被顛覆呢？

參考文獻(xiàn):

Zhao, H., & Smalyukh, I. I. (2025). Space-time crystals from particle-like topological solitons. Nature Materials. https://doi.org/10.1038/s41563-025-02344-1