要制造空间晶体，需要地球表面巨大的压力作用在矿物和岩浆上。但要制造时间晶体，你需要深奥的方程和极其精确的激光。
至少，在去年物理学家在实验室中制造出第一个独立的时空晶体时是这样的。现在，他们通过使用普通元素创建了一个能够承受室温的时间晶体，将其变成了一个更具象化的物体。他们于 2 月 14 日在《自然通讯》杂志上分享了他们的设计。
如果你想知道时间晶体是什么（科幻小说之外），直到最近，大多数物理学家也有同样的疑问。它是一种物质形式，直到 2012 年才被提出，直到 2016 年才在初步阶段被观察到。
要理解量子力学中这个奇怪的章节，可以想象一下像食盐或钻石这样的晶体结构。这些物体内部的原子在空间中以重复、可预测的图案排列。例如，如果你从冰箱里拿出一块冰，放大到最小的尺度，你会看到水分子中的氢原子和氧原子形成微小六边形的马赛克。（这就是雪花往往是六边形的原因。）
因此，物理学家也将这些结构称为“空间晶体”。但正如空间的三个轴形成不同的维度一样，时间也构成一个维度。物理学家开始思考是否能找到一种晶体——或类似的东西——其原子在时间中形成重复的图案。
在过去的几年里，世界各地的实验室一直在研究时间晶体可能是什么样子。一些人从一个原子排列方式不同的空间晶体开始。然后，他们用精细调谐的激光照射晶体，使其“翻转”到另一种状态，再次加热以切换回第一个排列，然后切换到第二个，以此类推，具有精确的规律性。这种激光驱动的设置被称为“离散时间晶体”。（理论上，还有其他类型的时间晶体。）
2016 年，马里兰大学的物理学家使用稀土金属镄（ytterbium）的原子创建了一个基本但离散的时间晶体。其他研究小组则尝试了奇特的实验环境，如钻石内部或一种称为玻色-爱因斯坦凝聚的物质的波动状态。最近，在 2021 年 11 月，斯坦福大学和谷歌的物理学家宣布他们已经在量子计算机中创建了一个时间晶体。
但早期的时间晶体存在局限性。首先，它们通常只能在接近绝对零度的低温下存在，对于普通人使用的绝大多数系统来说都不实用。部分原因在于，这些时间晶体一直存在于量子计算机等隔离系统中，远离“真实世界”。此外，它们不持久：状态之间的变化会在短短几毫秒后停止，几乎就像发条玩具耗尽了发条。
正如空间晶体在空间上的大小取决于图案重复的次数一样，时间晶体在时间上也可以是长或短，取决于每个状态的持续时间。到目前为止，时间晶体往往是短暂的或“小的”。这为进一步发展留下了空间。
因此，这个全球性的物理学家团队着手设计一种时间晶体，以绕过其中一些问题，希望能在现实世界中使用。他们的装置包含一个约 2 毫米宽的晶体，由氟和镁原子制成。它使用一对激光在图案之间切换，并且可以在华氏 70 度（室温）下进行。
一旦团队完成了对系统的微调，他们发现他们能够创建比以往任何时候都“更大”的各种时间晶体。“我们系统中生成的离散时间晶体的寿命，原则上是无限的，”加州大学河滨分校的电气工程师、该研究的合作者Hossein Taheri在“Physics World Weekly”播客上说。
“通常在物理学中，无论系统与其环境之间存在能量交换的途径，噪声也会通过同一途径渗入，”Taheri 在播客中说。这会破坏时间晶体形成的精细物理过程，这就是为什么它们需要通过不切实际的方式进行限制。但 Taheri 和他的合作者通过使用两束激光来保持状态变化，成功地绕过了这些限制。
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随着研究人员的成就，时间晶体可能离走出实验室更近了一步。如果是这样，它们会有哪些应用？
短期内没有人会把时间晶体用在时间机器或曲速引擎上，但它们精确的特性可以与原子钟或硅芯片配合，用于专用设备。或者，由于它们由激光驱动，它们可以支持更强大的光纤连接。另一种可能性是，它们可以帮助人们更好地理解量子物理学和独特的物质状态。
“我们可以使用我们的装置来预测我们在更复杂的实验中可以观察到的东西，”加利福尼亚州帕萨迪纳市喷气推进实验室的工程师、另一位作者 Andrey Matsko 在“Physics World Weekly”上说。
事实上，他和他的团队认为时间晶体可以催生一个全新的研究领域，其名称极具科幻色彩：“timetronics”（时电子学）。
“我相信时电子学就在眼前，”波兰克拉科夫雅盖隆大学的物理学家、研究合著者Krzysztof Sacha在播客上说。所以，虽然你仍然离能够持有时间晶体很远，但它们可能会比你预期的更早进入你的世界。
