摘要：科罗拉多大学博尔德分校的物理学家们刚刚实现了一个历史性突破：他们成功创造出人类第一个可以用肉眼直接观察的时间晶体。这种神秘的量子材料以霓虹色波纹的形式呈现，不仅证明了理论物理学的预测，更为未来的量子技术应用开辟了全新道路。

信息来源：https://www.sciencealert.com/world-first-physicists-created-a-time-crystal-that-we-can-actually-see

科罗拉多大学博尔德分校的物理学家们刚刚实现了一个历史性突破：他们成功创造出人类第一个可以用肉眼直接观察的时间晶体。这种神秘的量子材料以霓虹色波纹的形式呈现，不仅证明了理论物理学的预测，更为未来的量子技术应用开辟了全新道路。

该研究成果于9月8日发表在权威期刊《自然材料》上，由物理学家赵汉青和伊万·斯马柳赫领导完成。这项突破性工作不仅让时间晶体从抽象的理论概念变为可见的物理现象，还为防伪技术、随机数生成器、二维条形码和光学设备等应用奠定了基础。

从理论预测到实验验证

时间晶体的概念最初由美国理论物理学家弗兰克·威尔切克于2012年提出。这一概念在物理学界引发了激烈争论，许多科学家认为它可能违反热力学基本定律。然而，2016年美国物理学家的实验证实了时间晶体的存在，从此开启了这一全新研究领域。

（Philipp Tur/iStock/Getty Images Plus）

传统晶体如钻石、石英和盐，其原子在三维空间中呈现周期性排列，形成规整的几何结构。时间晶体则更为奇特——它们不仅在空间维度上具有周期性，还在时间维度上展现出重复模式。这意味着时间晶体的粒子会以特定频率振荡，这种振荡打破了时间对称性，似乎不受外部环境节拍的影响。

这种独特的性质使得时间晶体在量子行为研究和技术应用方面具有巨大潜力。正是这种前景驱使着全球科学家们深入探索其特性和工作机制。

液晶技术的创新应用

赵汉青团队选择了一种巧妙的方法来制造可见的时间晶体——利用液晶技术。液晶材料广泛应用于电子设备的显示屏中，由棒状分子组成，兼具液体和晶体的特性。

实验装置看似简单却精妙：研究人员将液晶夹在涂有光敏染料的玻璃板之间。当特定类型的光照射样品时，染料分子发生极化现象，改变其取向方向，从而对液晶施加压力。这种压力使液晶产生扭结，这些扭结通过复杂的相互作用过程，产生了一种可持续数小时的重复运动模式。

最令人惊叹的是，这种运动模式即使在光线和温度条件发生变化时仍能保持稳定。在显微镜下观察，这些图案呈现为一系列起伏的彩色条纹，在特殊条件下甚至可以用肉眼直接观测。

"万物皆从虚无中诞生，"斯马柳赫形象地描述道，"你只需照亮一束光，整个时间晶体世界便会显现出来。"这种从无到有的转变过程体现了量子物理学的神奇特性。

量子技术的广阔前景

此次突破的意义远不止于制造出可见的时间晶体。研究人员指出，这种材料的独特性质为多个技术领域带来了革命性的可能性。

在防伪技术方面，时间晶体的复杂时空模式几乎不可复制，可以为高价值商品和重要文件提供前所未有的安全保护。其动态变化的特性使得传统的复制手段失去效力，为下一代防伪技术奠定基础。

时间晶体在显微镜下的样子。（Zhao 和 Smalyukh，《Nat. Mater.》，2025 年）

随机数生成是另一个重要应用领域。时间晶体的本质不确定性可以产生真正随机的数字序列，这对于密码学、蒙特卡洛模拟和量子通信等领域至关重要。与传统的伪随机数生成器相比，基于时间晶体的随机数生成器能够提供更高的安全性和不可预测性。

在光学设备领域，时间晶体的独特光学性质可能催生新一代光子器件。研究人员提到的"光子时空晶体发生器"概念暗示着未来可能出现基于时间晶体的全新光学技术，这些技术在电信、激光器和光学计算等领域具有巨大潜力。

二维条形码技术也可能因此获得重大升级。时间晶体的时空周期性可以编码更多信息，同时其动态特性增加了额外的安全层，使得信息存储和传输更加安全高效。

基础研究推动技术进步

尽管这项研究成果符合时间晶体的严格定义要求，但科学家们认为探索之路才刚刚开始。不同系统中的时间晶体可能展现出不同的特性，这为基础物理学研究开辟了广阔空间。

研究团队强调，随着对时间晶体在各种条件下行为的深入了解，可能会发现新的物理规律和现象。这种基础研究的进步往往是技术突破的先导，正如量子力学理论的发展最终催生了现代电子技术和计算机技术。

当前的成果仅仅是时间晶体研究的开端。科学家们正在探索如何在不同材料和条件下创造时间晶体，以及如何控制和操纵它们的性质。这些研究不仅加深了人们对物质基本性质的理解，也为未来技术应用铺平了道路。

从理论预测到实验验证，再到技术应用，时间晶体的发展历程体现了基础科学研究的重要价值。这项最新突破不仅让我们看到了时间晶体的美丽外表，更重要的是揭示了其背后蕴含的巨大技术潜力。

正如研究人员在论文中所述，"基础研究的进步可以推动技术实用性"。随着时间晶体研究的不断深入，我们有理由期待这一量子现象将在不久的将来为人类社会带来更多惊喜和变革。

来源：人工智能学家