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如永動機! 兩「時間晶體」史上首次連結 量子物理大發現

時間晶體示意圖。   圖:擷取自微博

新頭殼newtalk

最新科學期刊發表文章,在一次的實驗中創造出了兩個時間晶體,第一次讓它們互相接觸時,它們共存了超過15 分鐘。內容稱,時間晶體不僅能被造出來,未來還有希望應用於各種設備中。

根據《自然·通訊》(Nature Communications)期刊的一份研究稱,團隊正在研究的時間晶體包括了稱作磁振子(magnons)的準粒子(quasiparticle)。而所謂晶體,就是內部結構都按照特定規律重複排布的物質,像是鹽、雪花;而時間晶體就是內部的結構按照一定的時間規律重複的物質。這次實驗將兩個時間晶體互相接觸,學者觀察到了它們共存了超過 15 分鐘,這是史上首次兩個時間晶體連結在一起。

此研究計劃的學者,英國蘭卡斯特大學的物理學家沙穆里·奧地博士(Samuli Autti)說:「每個人都知道永動機是不可能發生的。但是,在量子物理當中,只要我們閉上眼睛,永動機是可能發生的。藉由潛入這個裂縫中,我們就可以製作時間晶體。」奧蒂提到的事量子力學中的海森堡(Heisenberg)測不準原理(不確定性原理),原理認為粒子的位置與動量不可同時被確定,位置的不確定性越小,則動量的不確定性越大,反之亦然。

所以實驗中,其一的量子系統一旦被測量到,另一方的系統波函數就會無法測量,所以理論上時間晶體只能以單一個體存在。但在這次實驗中,不僅造出了兩個時間晶體,而且讓它們維持了十幾分鐘。

研究人員把氦3(Helium-3)冷卻到 0.0001K 的低溫,使其成為超流體,等同於毫無摩擦力,粒子間的摩擦運動不會損失動能。並在超流體內造出了兩個時間晶體讓它們接觸,研究人員觀察到它們在接近約 1,000 秒後,波函數才坍塌。

奧地表示:「最終結果發現,當兩個時間晶體放在一起時能短暫連結,而且我們也知道時間晶體可以在室溫下存在。」同時對之後的後續研究表示樂觀,未來期望在量子運算、量子資訊處理等領域運用,但要如何實際運用還需時間證明。

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英國蘭卡斯特大學物理學家沙穆里·奧地博士(Samuli Autti)。   圖:擷取自英國蘭卡斯特大學網站
氦3原子示意圖,包含原子核中的兩個質子、一個中子和外圍繞原子核旋轉的兩個電子。   圖:中文百科知識
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