要物质处于极低的温度(接近绝对零度),且原子排列要达到“精确的周期性”
,稍微有一点外界干扰,就会破坏它的时间对称性。
就像心理学里的“注意力资源理论”
,我们要同时关注多个细节时,很容易出错;实验室要满足时间晶体的多个条件,也需要不断调整技术参数,这就是为什么从理论到观测,花了4年时间。
第二课时:实验进展——从“几毫秒”
到“数小时”
的突破之路
(课间休息后,教授打开ppt,屏幕上展示着三张实验装置图,分别标注着“2o16年”
“2o24年”
“2o25年”
)
和蔼教授:接下来我们聊实验进展。
2o16年,马里兰大学的团队次“捕捉”
到了时间晶体的痕迹——他们用激光轰击冷的钙离子,让钙离子形成规则排列,然后观察到这些离子在时间维度上出现了“周期性震荡”
。
但遗憾的是,这种现象只持续了几毫秒,就像烟花一闪而过。
(教授点击鼠标,ppt切换到2o24年的实验图)
和蔼教授:到了2o24年,德国团队有了重大突破——他们改进了实验装置,用“微波脉冲”
替代激光,控制原子的运动节奏,最终让时间晶体的持续时间达到了4o分钟。
这就像从“一次性打火机”
升级到“长效电池”
,虽然还不能“永久持续”
,但已经迈出了关键一步。
蒋尘,你做过低温物理实验,能不能给大家说说,让时间晶体“持续更久”
最难的是什么?
蒋尘(起身,语气专业):最难的是“排除外界干扰”
。
在低温实验中,哪怕是空气中的一粒灰尘、设备的微小震动,都会影响原子的排列。
德国团队的改进之处在于,他们用“导磁场”
把原子包裹起来,就像给原子穿上了“保护罩”
,减少了外界干扰。
另外,他们还优化了“脉冲频率”
,让微波脉冲和原子的震荡频率精准匹配,就像音乐的“节拍器”
,让原子始终按固定节奏运动,这才延长了时间晶体的持续时间。
和蔼教授(点头):说得很到位。
而真正让时间晶体“走近大众”
的,是2o25年9月的实验——美国科罗拉多大学博尔德分校的团队,用了一种更简单的方法:他们把特殊染料涂在液晶上,然后用普通光照射,竟然制造出了“肉眼可见”
的时间晶体!
大家看这张图(指向ppt),液晶表面会周期性地出现明暗交替的图案,持续了整整几小时。
(台下传来小声的惊叹,周游举手提问)
周游:教授,肉眼可见的时间晶体,和之前的钙离子时间晶体有什么区别?是不是意味着我们以后能“摸得到”
时间晶体了?
和蔼教授:区别在于“物质形态”
和“制备难度”
。
之前的时间晶体用的是离子或原子,需要复杂的低温设备;而2o25年的实验用的是液晶,制备方法更简单,而且图案肉眼可见,这为后续的应用打下了基础。
但要“摸得到”
还早——目前的时间晶体还是“薄层结构”
,而且需要特定的环境(比如避光、恒温)才能稳定存在,就像娇弱的“温室花朵”
,还不能直接暴露在日常环境中。
(教授停顿了一下,语气变得严肃)
和蔼教授:从2o16年的几毫秒,到2o24年的4o分钟,再到2o25年的几小时,这背后是无数科学家的试错与改进。
这就像哲学里的“量变到质变”
——每一次技术参数的调整,每一次实验装置的优化,都是“量变”
的积累,最终带来了“肉眼可见”
的质变。
而这个过程,也印证了《易经》里的“日新之谓盛德”
——科学的进步,正是在不断探索“新可能”
中实现的。
第三课时:核心特点与应用前景——时间晶体的“实用价值”
(教授走到黑板前,用粉笔写下“时间晶体核心特点”
,然后画了两个关键词:“非平衡态”