北京時(shí)間2月24日消息，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，美國(guó)麻省理工學(xué)院著名理論物理學(xué)家、諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)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(yùn)動(dòng)的“時(shí)間晶體”可能確實(shí)存在。相對(duì)于普通的三維空間晶體而言，所謂的“時(shí)間晶體”是指一種在第四維空間(即時(shí)間)也存在周期性重復(fù)運(yùn)行的結(jié)構(gòu)。研究人員認(rèn)為，這種神奇的結(jié)構(gòu)類似于永動(dòng)機(jī)，處于一種永動(dòng)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(jiǎng)得主弗朗克-韋爾切克在這項(xiàng)重要研究中認(rèn)為，自然界可能也存在第四維空間的晶體，即“時(shí)間晶體”，也就是在第四維呈周期性重復(fù)運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)。

      根據(jù)物理學(xué)家的觀點(diǎn)，一個(gè)時(shí)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(yùn)動(dòng)。像萬(wàn)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(shí)鐘一樣，其時(shí)針每12小時(shí)完成360度旋轉(zhuǎn)。不過(guò)，與時(shí)鐘或其他有不斷運(yùn)動(dòng)部件的普通物體不同的是，時(shí)間晶體是在自己的永動(dòng)機(jī)制的支持下實(shí)現(xiàn)永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)，而這種永動(dòng)機(jī)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(guò)。但是，韋爾切克認(rèn)為，它們可能已經(jīng)存在于自然界中，或很快將通過(guò)工程手段人工合成，而且可能存在多種類型的時(shí)間晶體。韋爾切克解釋說(shuō)，“最簡(jiǎn)單的實(shí)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(yùn)動(dòng)，一定時(shí)間后又回到原來(lái)的位置。某種更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，可能就是一組原子，它們?cè)谌S空間中做無(wú)規(guī)律自由運(yùn)動(dòng)，但是它們都會(huì)周期性地回到自己的始發(fā)點(diǎn)?！?/P>

      關(guān)于時(shí)間晶體的特點(diǎn)，韋爾切克認(rèn)為，它的運(yùn)動(dòng)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(dòng)狀態(tài)。不過(guò)，韋爾切克也表示，時(shí)間晶體與永動(dòng)機(jī)并不一樣，時(shí)間晶體并不違背能量守恒定律?！巴ǔＧ闆r下，所謂的永動(dòng)機(jī)肯定不會(huì)長(zhǎng)久，因?yàn)樗鼈儾⒉皇翘幱谝环N基態(tài)，它們的能量會(huì)隨著運(yùn)動(dòng)而消耗，最終能量會(huì)消耗殆盡。在時(shí)間晶體中，能量是守恒的，因?yàn)闆](méi)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(yùn)動(dòng)速率并非為零?！?/P>

      韋爾切克在論文中辯解稱，時(shí)間晶體遵循一種被物理學(xué)家稱為“時(shí)間對(duì)稱破缺”的理論。這種理論就是：無(wú)論在空間上你在哪里，還是時(shí)間上你在哪里，物理學(xué)原理都同樣適用。你可以實(shí)施一項(xiàng)物理學(xué)實(shí)驗(yàn)，可以進(jìn)行某些測(cè)試，然后帶上這些實(shí)驗(yàn)設(shè)備轉(zhuǎn)移到任何方向一個(gè)任意短距離內(nèi)的地方，或者在短時(shí)間內(nèi)等待任何時(shí)長(zhǎng)后再次進(jìn)行某些實(shí)驗(yàn)，在所有這些實(shí)驗(yàn)中你應(yīng)該得到同樣的結(jié)果。在這種情況下，時(shí)間和空間被稱為完美對(duì)稱。韋爾切克的重要觀點(diǎn)是，能夠打破時(shí)間對(duì)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(guò)數(shù)學(xué)方法對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證。

      普通的晶體通常都是非完美的。因此，韋爾切克認(rèn)為，有可能發(fā)現(xiàn)或制造出一個(gè)非完美的時(shí)間晶體，即這個(gè)物體可以以一種近圓形方式運(yùn)動(dòng)，但是會(huì)有輕微的波折，因此在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)它會(huì)緩慢地輻射出少許能量。不過(guò)，韋爾切克也表示，真正的時(shí)間晶體可能也存在于自然界中，最有可能先在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)。

      由于這種晶體的形成條件過(guò)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(shí)尚早。韋爾切克表示，“當(dāng)前的研究就是去發(fā)現(xiàn)理論上的可能性。接下來(lái)，如果大自然是仁慈的，而且有幽默感的話，那時(shí)間晶體就會(huì)很快在某個(gè)地方出現(xiàn)。為了幫助那些試圖通過(guò)實(shí)驗(yàn)方式驗(yàn)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(shí)現(xiàn)?！?/P>

      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(guó)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(jì)劃近期將論文發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》上。