对所谓“时间晶体”错误概念的全面纠正

“时间晶体”的概念最初由美国麻省理工学院理论物理学家、诺贝尔物理学奖获得者弗兰克·维尔切克在２０１２年提出。

美国加利福尼亚大学伯克利分校研究人员最近在美国《物理评论快报》杂志上发表论文，论文主要作者、该校物理学助理教授姚颖说，他所在的研究小组充当了连接理论假设与实验执行之间的桥梁，帮助两个美国团队以不同方式造出了“时间晶体”。

　　其中，马里兰大学的团队将１０个镱原子排成一列，然后用两束激光交替轰击它们，使得这些原子进入一种稳定且重复的自旋翻转模式，符合“时间晶体”的定义。另一个来自哈佛大学的研究团队则通过向钻石中密集充入氮气的方式，也制造出了“时间晶体”。

百度据有关报道的资料编辑成为如下观点：

所谓的“时间晶体”是指一种在第四维空间（即时间）也存在周期性重复运行的结构。研究人员认为，这种神奇的结构类似于永动机，处于一种永动状态，但并不违背能量守恒定律。

概述

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传统的晶体是三维的固体结构，它们由原子或分子相互重复地连接在一起。比较常见的案例是水冰，盐以及雪花。

结晶是当一个分子系统失去能量，直到其达到较低的能量态时呈现的结果。

在低能态的某个点上，连续的空间对称将会被打破，此时晶体显示离散的对

称性，也就意味着其结果不再在各个方向上对称，而仅仅在局部方向上保持对称。

正如当连续的空间对称对打破之后3维晶体将会以最低量子能态形式呈现

一样，当这种情况发生时，时空晶体的时间组成也将呈现类似的反应。

这些物质原子整齐地排列，在三维空间上呈周期性重复的图案，让它们形成

了非常美丽的外观。这些三维空间的晶体在科技领域也是重要的研究和应用材

料。

诺贝尔物理学奖得主弗朗克·韦尔切克在这项重要研究中认为，自然界可能

也存在第四维空间的晶体，即“时间晶体”，也就是在第四维呈周期性重复运动

的结构。

理论基础

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时间晶体遵循一种被物理学家称为“时间对称破缺”的理论。

这种理论就是：无论在空间上你在哪里，还是时间上你在哪里，物理学原理

都同样适用。

你可以实施一项物理学实验，可以进行某些测试，然后带上这些实验设备转

移到任何方向一个任意短距离内的地方，或者在短时间内等待任何时长后再次进

行某些实验，在所有这些实验中你应该得到同样的结果。

在这种情况下，时间和空间被称为完美对称。

物理学定律

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根据物理学家的观点，一个时间晶体应该是一种自然的物体，它的要素成份

以一种重复性模式在运动。

像万花筒一样，其中的碎片一直在循环往复地旋转形成各种美丽的图案；或者像时钟一样，其时针每12小时完成360度旋转。

不过，与时钟或其他有不断运动部件的普通物体不同的是，时间晶体是在自

己的永动机制的支持下实现永远运动，而这种永动机制必须要符合物理学定律。

存在形式

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科学家推测时间晶体可能已经存在于自然界中，或很快将通过工程手段人工

合成，而且可能存在多种类型的时间晶体。

最简单的实现形式就是，某种系统，它的几何学特征让它能够做环形运动，

一定时间后又回到原来的位置。

某种更复杂的结构，可能就是一组原子，它们在三维空间中做无规律自由运

动，但是它们都会周期性地回到自己的始发点。

主要特点

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1、时间晶体的运动应该不消耗任何能量，相反，它应该处于一种稳定的最小能量状态，就像钻石和其他传统的晶体一样。即使这样，它仍然是处于一种永动状态。

2、时间晶体并不违背能量守恒定律。

通常情况下，所谓的永动机肯定不会长久，因为它们并不是处于一种基态，

它们的能量会随着运动而消耗，最终能量会消耗殆尽。

在时间晶体中，能量是守恒的，因为没有任何能量被移走。

在这些物体中，能量有自己最小化配置，但是物体中原子的运动速率并非零。

设想方案

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2012年7月，美国加州大学伯克利分校的李统藏博士以及他来自密歇根大学和清华大学的同事们提出了设计“时间晶体”的新方案。

首先，需要一个离子阱，这是一种利用电场来将某一带电粒子固定在某一位置上的装置。这样做将可以让这些离子形成一个环状的晶体，这是因为当离子在极低温度条件下被捕获时，它们会相互排斥。随后科学家施加一个微弱的静磁场，它将驱动电子自旋。

量子力学指出，离子的自旋能量必须大于0，即便是在这个电子环已经被冷冻至最低能级的情况下也是如此。在这种状态下，已经不需要电场和磁场来帮助维持这一晶体的形状以及组成它的各个离子的自旋。这样做的结果就是获得一个时间晶体，或者更准确的说是一个时空晶体，因为这个离子环不但在时间上，在空间上也是不断重复着自身。

研究人员从理论上推理认为，这种时间晶体可以被用作计算机，它可以用不同的自旋状态当做传统计算法中的0和1。利用该系统方案，这一设想将是可能的。[1]

该方案是基于电场离子阱和粒子之间的库伦斥力构建的。离子阱的电场将带电粒子固定住，而库伦斥力让它们自发地形成一个空间环状晶体。在一个微弱的静态磁场作用下，这一环状离子晶体将开始用无止境的转动。由于这一时空晶体已经位于最低量子能态，其时间序列，从理论上说将会永远持续，即便是当宇宙达到熵的极大值，也就是达到“热寂”状态时，情况也是一样。

参考资料：

[1] 科学家打造超宇宙寿命“时空晶体”

      本博主对所谓“时间晶体”错误概念的全面纠正如下：

      通常晶体是原子或分子在三维空间，以一定长度，重复地相互连接在一起的固体结构。

２０１２年，美国麻省理工学院理论物理学家、诺贝尔物理学奖获得者弗兰克·维尔切克最初由在提出“时间晶体”的概念。

即认为：也有原子或分子在时间轴，以一定长度（周期），重复地相互连接在一起的固体结构。

其实，人们早已知道的各种“波”，就都是大量相应粒子在时间轴，以一定周期重复地相互连接在一起的结构。

但是，有关研究人员却认为：

时间晶体的运动应该不消耗任何能量，相反，它应该处于一种稳定的最小能量的“永动”状态。

虽然他们也承认能量会随着运动而消耗，最终能量会消耗殆尽，肯定不会有所谓的永动机。

却要认为：他们所谓“时间晶体”是处于一种基态，能量有自己最小化配置，物体中原子的运动速率并非零，却因而没有任何能量被移走，能量是守恒的。

这就非常错误了，不管任何粒子的任何态，只要它的运动速率并非零，就必然要消耗、损失能量，不会有任何形态的永动机。

     当然不会有他们所说这样的所谓“时间晶体”永动机。

      他们又提出他们的所谓“时间晶体”遵循一种被物理学家称为“时间对称破缺”的理论。

      这就须要讨论有关“对称”的理论。

其实，各种“对称”，按变分法，都可证明存在相应的必然“守恒”的“守恒量”。该“守恒量”都是由该“对称”物体的运动特性决定的。

也可以说，是有了相应的“守恒量”，物体才具有该种“对称性”。

例如：时空对称，就有“宇称守恒量”；移动、转动，的“对称”也各有相应的“守恒量”。

  杨振宁、李政道，证明了，在弱相互作用下，“宇称不守恒”。

  分析基本粒子演变的所谓“标准模型”，也必要引入所谓“对称守恒破缺”的理论。

但是，都不能解释它们为什么“不守恒”？

     “可变系时空多线矢物理学”已具体证明了，各相应的“对称守恒量”都随相应多线矢的不同而不同，弱相互作用和本粒子演变的强相互作用都是12维的“22,1线矢”，它们的“对称守恒量”都不同于4维的“1线矢”，现有理论都只限于4维的“1线矢”，按4维“1线矢”的“对称守恒量”去判断实为12维“22,1线矢”的“对称守恒量”，当然就不能守恒。

就很好地解决了这个问题。

      也具体表明：不能用所谓“时间对称破缺”的理论，解释所谓永动“时间晶体”。

所谓“时间晶体”只不过是像人们早已知道的“振动波”一样，是大量相应粒子在时间轴，也以一定周期重复地相互连接在一起的结构。

但必须有周期性的力不断进行驱动，才会稳定地存在。

当周期性力的驱动停止，就会逐渐消失。