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    最近,在谷歌的量子计算模拟中,研究人员发现了时间晶体存在的证据。这个领域内还有很多有意义的方向值得进一步探索,这些研究将拓展人类对时间本质的认识,和对非平衡物质状态的理解。

    那么,时间晶体到底是怎么一回事呢?

    理解时间晶体,要先从 “对称性”(symmetry)和 “对称性自发破缺” (symmetry spontaneous breaking)讲起。这是凝聚态物理学乃至整个现代物理学的核心观念之一,也是物质的一个基本组织原理。

    物质体系类似于人类 “社会”,体系内的各个粒子就像是社会里的 “公民”。粒子之间的相互作用导致它们不仅竞争而且合作,产生了各式各样的物质状态,简称物态。

    美国物理学家菲利普·安德森(P. W. Anderson)在他的名篇《多者异也》(“More is different ”)中, 明确地阐述了 “呈展论”(Emergentism)的观点——当系统中的粒子数大到宏观量级后,新的物态组织原理就开始涌现,而它们并不能根据少量粒子的行为简单地推测而来。

    比如,对称性自发破缺就是体系中大量粒子相互作用的结果,而晶体和时间晶体与时空对称性及其破缺密切相关。

    对称性, 顾名思义,指的是系统具有平衡的结构。最直观的例子是时空对称性。比如,把自由空间平移一段距离,它还是保持原样,这是空间均匀性的体现。用物理术语说,就是自由空间具有平移对称性。时间也是均匀的,体现出时间平移对称性。

    —未完待续
    选自公众号墨子沙龙,吴从军(西湖大学物理学讲席教授)撰写

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