时间可以说是这个世界中，让我们感到再平常不过但又再神秘不过的概念了，自从时间这个概念被创立以后，宇宙中所有天体的运行、我们所有的生活，都会在时间线所构成的历史长河中，不知不觉地向前行进，无论你在不在意、无论你身处何方，时间就摆在那里。

时间晶体的概念

随着科学技术的发展，科学家们在观测物体的相态时，发现除了固、液、气三种之外，还存在着一些其它方式，比如超流体、等离子态、玻色－爱因斯坦凝聚态、中子简并态等等，这些物体的形态共同构成了丰富多彩的宇宙世界。

而在这些物体的相态中，体现的都是分子或者原子在三维空间上，以某种重复性的规律呈现出来的排列形态，但是在我们的物理学以及其他自然科学中，人们习惯用三维和时间来描述物体的时空特征，那么，存不存在着一种特殊的物体，它内部的原子或者分子，除了在三维空间中进行规律性地排列以外，能不能按照时间的先后顺序，也会发生某种有规律性地排列呢？

这个疑问，多年来一直困扰着科学家，这也是近几年来，科学家们着力去寻找这种特殊物体的初衷。

具备这种特征的物体，被科学家们形象地称为“时间晶体”，这一概念，最早是在2012年由诺贝尔奖获得者物理学家弗兰克·威尔切克提出来的。

根据对时间晶体特性的描述，我们可以这样来理解它，即组成这个物体的原子，在时间这个维度上，能够进行重复性的排列。如果我们用激光去轰击它，那么组成这个物体的原子，就有可能翻转成另外一个状态，然后再重新翻转回来，以此类推，从而在时间线上，表现出随着时间的流逝而呈现出周期性的变化。而在这个过程中，时间晶体中的原子，并不会从激光在吸收任何能量，而在翻转过程中，也不会释放任何能量。

日常生活中我们常常见到的金属、盐、糖等晶体物质，这些物质不但在空间上重复排列，而且当晶体原子处于最低能态时，不会发生任何物质运动，因此属于“平衡态物质”，而时间晶体并不满足这样的条件，因此是一种“非平衡态物质”，也被科学家们称为“时间量子晶体”。

时间晶体的发现过程

2017年，我国的科学家在自然界中，首次发现了时间晶体的存在。这些都表明，无论是在自然界中，还是在实验室，我们都可以设法找到时间晶体这种特殊的物质。

2021年，科学家们又使用量子计算机，构建立了能够长期存在、且比以往实验和自然界中都要大得多的时间晶体，这不但进一步“坐实”了时间晶体的存在，使这一新型物体向着人为构建和应用的方向发展，而且还展示出了使用量子计算机模拟量子物理系统的强大能力，因此让许多科学家为之感到非常兴奋。

时间晶体会是打破热力学第二定律的“永动机”吗？

而时间晶体这种物质被发现以后，有科学家指出，即使宇宙灭亡了，时间晶体含有的微观粒子，仍然会随时间的振荡的而发生运动，永远不会停滞。从这种晶体的性质看，似乎真的与热力学定律和能量守恒定律相矛盾，时间晶体这种物质，难道真的是很多人苦苦寻找的“永动机”吗？

永动机从概念上看，是存在着一种物体，在没有任何能量输入的情况下，可以维持在运动过程中的能量损耗，也就是说在没有能量输入的情况下，可以持续向外做功。可以看出，要想找到永动机，那么就必须有两个基本条件，一个是能够持续向外做功，另外一个就是在此过程中，没有其他能量的输入。截至目前，宇宙中还没有任何一种这样的物体被发现。

时间晶体中的微观粒子，虽然会沿着时间线的进程，持续不断地发生运动和变化，但这是一种处在原子最低能量状态下的稳定运动，在此过程中并不会从外界吸收或者向外界释放能量，也就是说，它内部的原子永远达不到热力学上的热平衡状态。但是，它的内部，却始终处于一种能量的守恒状态。由于不能对外做功，因此时间晶体自然也就构不成永动机。

时间晶体这种物质的发现，会继续让科学家们深入研究和思考非平衡态下的热力学平衡问题，它会不会成为撕裂传统物理学和未知世界的一个突破口呢？我们将拭目以待。

作者：zhiyongz

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