美诺奖得主称存在时间晶体类似永动机

据国外媒体报道，麻省理工学院著名理论物理学家、诺贝尔物理学奖获得者弗兰克·韦尔奇(Frank Welchek)最近发表了最新研究成果，称能够进行周期性运动的“时间晶体”可能确实存在。与普通的三维晶体相比，所谓的“时间晶体”是指在第四维空间(即时间)中也周期性重复的结构。研究人员认为，这种神奇的结构类似于永动机，处于永动机状态，但并不违反能量守恒定律。从钻石到雪花，晶体在自然界中非常常见。这些物质的原子排列整齐，在三维空间中周期性重复，使它们形成一个非常美丽的外观。这些三维晶体也是科学技术领域的重要研究和应用材料。在这项重要的研究中，诺贝尔奖获得者弗兰克·韦尔奇克认为，在第四维度也可能有晶体，即“时间晶体”，它是在第四维度周期性重复运动的结构。根据物理学家的说法，时间晶体应该是一个自然的物体，它的基本组成部分是以重复的方式运动的。像万花筒一样，其中的碎片一直在循环旋转，形成各种美丽的图案。或者像时钟一样，它的时针每12小时旋转360度。然而，与时钟或其他有运动部件的普通物体不同，时间晶体在它们自己的恒动系统的支持下永远运动，这必须符合物理定律。这些奇怪的物体令人难以置信，难以理解，而且大多数人以前从未想象过它们。然而，韦尔奇认为它们可能已经存在于自然界中，或者很快将通过工程方法合成，并且可能有许多类型的时间晶体。韦尔奇解释说，“最简单的实现形式是一个系统，它的几何形状允许它做圆周运动，并在一段时间后回到它的原始位置。一些更复杂的结构可能是一组在三维空间中不规则*运动的原子，但它们都会周期性地回到起点。”关于时间晶体的特性，韦尔奇认为它的运动不应该消耗任何能量，相反，它应该处于稳定的最小能量状态，就像钻石和其他传统晶体一样。即便如此，它仍处于永久运动状态。然而，韦尔奇还说，时间晶体不同于永动机，不违反能量守恒定律。“在正常情况下，所谓的永动机肯定不会持续很久，因为它们不是处于基态，它们的能量会随着运动而消耗，最终能量会耗尽。在时间晶体中，能量是守恒的，因为没有能量被移走。令人惊讶的是，在这些物体中，能量有它自己的最小构型，但是物体中原子的运动速度不是零。”韦尔奇在他的论文中指出，时间晶体遵循物理学家称之为“时间对称性破缺”的理论。理论是，无论你在太空中的什么地方，或者你在时间中的什么地方，物理原理都是同样适用的。你可以进行一个物理实验，你可以进行一些测试，然后把这些实验设备转移到任何地方，在任何方向和任何短距离内，或者你可以在短时间内等待任何时间，然后再进行一些实验。你应该在所有这些实验中得到同样的结果。在这种情况下，时间和空间被称为完美对称。韦尔奇的重要观点是，能够打破时间对称性的晶体也可以存在。在最近发表的两篇论文中，韦尔奇从数学上验证了这一点。普通晶体通常是不完美的。因此，韦尔奇认为，有可能发现或创造出一种不完美的时间晶体，也就是说，物体可以以近乎圆形的方式运动，但它会有轻微的曲折，因此它会长时间缓慢地放射出一点能量。然而，韦尔奇还说，实时晶体也可能存在于自然界，最有可能是在实验室里。因为这种晶体的形成条件过去很苛刻，很少有人能理解它们，现在谈论它们的用途还为时过早。韦尔奇说，“目前的研究是为了发现理论上的可能性。接下来，如果大自然是善良的，有幽默感的，那么时间晶体很快就会出现在某个地方。为了帮助那些试图通过实验进行验证的人，我们应该首先向他们提供指导，并建议哪些材料最有前途。”韦尔奇的两篇最新论文发表在arXiv网站上，其中一篇由肯塔基大学的物理学家阿尔弗雷德·查普尔合著。两位物理学家计划在不久的将来在《物理评论快报》上发表他们的论文。