時間水晶: 原子結構重複，不是在三個維度上，而是在四個維度上，包括時間。 這些水晶能幫助我們穿越時空嗎？

By Fouad Sabry

什麼是時間水晶

在凝聚態物理學中，時間晶體是粒子的量子系統，其最低能量狀態是粒子重複運動的狀態。該系統不能向環境失去能量並停止，因為它已經處於其量子基態。因此，粒子的運動並不像其他運動那樣真正代表動能，它具有“沒有能量的運動”。時間晶體最初是由 Frank Wilczek 在 2012 年從理論上提出的，作為普通晶體的基於時間的類似物——晶體中的原子在空間中是周期性排列的，而時間晶體中的原子在空間和時間上都是周期性排列的。幾個不同的小組已經證明物質在周期性驅動的系統中具有穩定的周期性演化。在實際應用方面，時間晶體有朝一日可能被用作量子存儲器。

您將如何受益

(I) 關於以下主題的見解和驗證：

第一章：時間水晶

第 2 章：時間平移對稱性

第 3 章：晶體結構

第 4 章：自發對稱破缺

第 5 章：凝聚態物理

第 6 章：量子力學

第 7 章：零點能量

（二）回答公眾關於時間水晶的熱門問題。

（三）時間水晶在諸多領域的實際應用實例。

（四）17個附錄，簡述各行業266項新興技術，360度全方位了解時間水晶技術。

本書的讀者對象

專業人士、本科生和研究生、愛好者、業餘愛好者以及想要超越基礎知識或信息以獲取任何時間水晶的人。

• Language: 中文
• Publisher: 十億個知識淵博 [Chinese (Traditional)]
• Release date: Jan 27, 2022

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38 - 矽烯

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12 - 磁流變液

13 - 微流體

14 - 超流動性

15 - 超材料

16 - 金屬泡沫

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神經科學中的新興技術

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機器人技術的新興技術

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10億知識淵博

時間水晶

原子結構重複，不是在三維，而是四維，包括時間 這些晶體能幫助我們穿越時空嗎？

福阿德·薩布里

版權

Time Crystal 版權所有 © 2021 by Fouad Sabry.保留所有權利。

保留所有權利。未經作者書面許可，不得以任何形式或任何電子或機械手段（包括資訊存儲和檢索系統）複製本書的任何部分。唯一的例外是審稿人，他們可能會在評論中引用簡短的摘錄。

封面由Fouad Sabry設計。

這本書是一部虛構的作品。名稱、人物、地點和事件要麼是作者想像的產物，要麼是虛構使用的。任何與真實人物的相似之處，無論是活著的還是死去的，事件或地點都是完全巧合。

獎金

您可以向 [e-mail] 發送電子郵件，主題為「時間晶體：重複的原子結構，不是在三個維度，而是四個維度，包括時間。 這些晶體可以幫助我們穿越時空？"，你會收到一封電子郵件，其中包含本書的前幾章。

福阿德·薩布里

訪問1BK網站

www.1BKOfficial.org

前言

我為什麼要寫這本書？

寫這本書的故事始於1989年，當時我是高級中學的學生。

它非常類似於STEM（科學，技術，工程和數學）學校，現在在許多發達國家都可以使用。

STEM是一門課程，其基礎是以跨學科和應用的方法教育四個特定學科（科學，技術，工程和數學）的學生。該術語通常用於解決學校的教育政策或課程選擇。它對勞動力發展、國家安全關切和移民政策都有影響。

圖書館每周都有一堂課，每個學生都可以自由選擇任何書籍並閱讀1小時。該課程的目的是鼓勵學生閱讀教育課程以外的科目。

在圖書館里，當我看著書架上的書時，我注意到了巨大的書，總共5000頁，分為5個部分。書名是《技術百科全書》，它描述了我們周圍的一切，從絕對零到半導體，幾乎每一種技術，在那個時候，都是用彩色插圖和簡單的文字來解釋的。我開始閱讀百科全書，當然，我無法在每周1小時的課程中完成它。

所以，我說服父親買了這本百科全書。我父親在我生命之初為我購買了所有的技術工具，第一台計算機和第一本技術百科全書，兩者都對我自己和我的事業產生了很大的影響。

我在今年的同一個暑假里完成了整本百科全書，然後我開始看到宇宙是如何運作的，以及如何將這些知識應用於日常問題。

我對這項技術的熱情始於30年前，現在的旅程仍在繼續。

這本書是新興技術百科全書的一部分，我試圖給讀者帶來我在高中時的驚人體驗，但我對21世紀的新興技術，應用和行業解決方案更感興趣，而不是 20世紀的技術。

《新興技術百科全書》將由365本書組成，每本書將專注於一項新興技術。您可以在本書末尾的即將推出部分閱讀新興技術及其按行業分類的清單。

365本書，讓讀者有機會在一年內每天增加對一項新興技術的知識。

介紹

我是怎麼寫這本書的？

在每本《新興技術百科全書》中，我都試圖直接從人們的腦海中獲得即時的原始搜索見解，試圖回答他們關於新興技術的問題。

每天有30億次谷歌搜索，其中20%以前從未見過。它們就像是人們思想的直接線。

有時是「如何清除卡紙」。其他時候，這是他們唯一敢與谷歌分享的痛苦恐懼和秘密渴望。

在我追求發現關於時間水晶的內容創意的未開發金礦的過程中，我使用許多工具來收聽來自Google等搜尋引擎的自動完成數據，然後快速製作出每個有用的短語和問題，人們圍繞著關鍵字時間水晶提問。

它是人們洞察的金礦，我可以用它來創造新鮮、超有用的內容、產品和服務。善良的人，像你一樣，真的想要。

人搜索是有史以來收集到的關於人類心理的最重要的數據集。因此，這本書是一個活生生的產品，並且不斷更新越來越多的關於時間水晶的新問題的答案，人們問，就像你我一樣，想知道這個新興技術，並希望更多地瞭解它。

寫這本書的方法是更深入地了解人們如何圍繞時間水晶進行搜索，揭示我不一定會想到的問題和疑問，並用超級簡單易懂的單詞回答這些問題，並以直接的方式流覽這本書。

因此，在寫這本書時，我確保它盡可能地優化和有針對性。這本書的目的是幫助人們進一步理解和增長他們對時間水晶的瞭解。我試圖盡可能密切地回答人們的問題，並展示更多。

這是一種奇妙的，美麗的方式，可以探索人們提出的問題和問題並直接回答它們，併為本書的內容添加洞察力，驗證和創造力 - 甚至是推銷和建議。這本書揭示了豐富的，不那麼擁擠的，有時令人驚訝的研究需求領域，否則我將無法觸及。毫無疑問，在使用這種方法閱讀本書后，有望增加潛在讀者的思想知識。

我採用了一種獨特的方法，使本書的內容始終保持新鮮。這種方法取決於通過使用搜索傾聽工具來傾聽人們的思想。這種方法説明我：

準確地與讀者見面，這樣我就可以創建相關的內容，引起共鳴，並推動對主題的更多理解。

保持我的手指緊緊抓住脈搏，這樣當人們以新的方式談論這項新興技術時，我就可以獲得更新，並監控隨時間的變化趨勢。

發現隱藏的問題寶藏需要有關新興技術的答案，以發現意想不到的見解和隱藏的利基，從而提高內容的相關性並賦予其勝利優勢。

不要再把時間浪費在直覺上，不要猜測讀者想要的內容，用人們需要的東西填滿書的內容，告別基於猜測的無窮無盡的內容創意。

做出可靠的決策，減少風險，讓前排座位即時瞭解人們想要閱讀和想知道的內容，並使用搜索數據做出大膽的決定，包括哪些主題和要排除哪些主題。

簡化我的內容製作以識別內容創意，而無需手動篩選個人意見，從而節省數天甚至數周的時間。

通過回答他們的問題，幫助人們以直接的方式增加他們的知識，這真是太好了。

我認為這本書的寫作方法是獨一無二的，因為它整理並跟蹤讀者在搜尋引擎上提出的重要問題。

確認

寫一本書比我想像的更難，比我想像的更有收穫。如果沒有著名研究人員完成的工作，這一切都是不可能的，我要感謝他們為增加公眾對這項新興技術的瞭解所做的努力。

奉獻

對於開悟者，那些看待事物不同，並希望世界變得更好的人 - 他們不喜歡現狀或現有狀態。你可以過多地不同意他們，你可以與他們爭論得更多，但你不能忽視他們，你不能低估他們，因為他們總是會改變事情......他們推動人類前進，雖然有些人可能認為他們是瘋狂的人或業餘愛好者，但其他人認為天才和創新者，因為那些足夠開明的人認為他們可以改變世界，是那些這樣做的人，並帶領人們走向啟蒙。

碑文

在凝聚態物理學中，時間晶體是粒子的量子系統，其最低能量狀態是粒子處於重複運動的狀態。系統不能將能量損失到環境中並停止，因為它已經處於量子基態。正因為如此，粒子的運動並不像其他運動那樣真正代表動能，它具有沒有能量的運動。時間晶體最初是由Frank Wilczek在2012年理論上提出的，作為普通晶體的基於時間的類似物 - 晶體中的原子在空間中週期性排列，而時間晶體中的原子在空間和時間中週期性排列。幾個不同的群體已經證明瞭物質在週期性驅動的系統中具有穩定的週期性進化。在實際用途方面，時間晶體有朝一日可能被用作量子記憶體。

目錄

時間水晶

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版權

獎金

前言

介紹

確認

奉獻

碑文

目錄

第1章 時間晶體

第 2 章：時間平移對稱性

第3章 晶體結構

第4章 自發對稱性破壞

第5章 凝聚態物理

第6章 量子力學

第7章 零點能量

結語

關於作者

即將推出

附錄：各行業的新興技術

第1章 時間晶體

凝聚態物理

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時間

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在凝聚態物理學中，時間晶體是粒子的量子系統，其最低能量狀態是粒子處於重複運動的狀態。系統不能將能量損失到環境中並停止，因為它已經處於量子基態。正因為如此，粒子的運動並不像其他運動那樣真正代表動能，它具有沒有能量的運動。時間晶體最初是由Frank Wilczek在2012年理論上提出的，作為普通晶體的基於時間的類似物 - 晶體中的原子在空間中週期性排列，而時間晶體中的原子在空間和時間中週期性排列。

自然界中晶體的存在是自發對稱性破壞的一個例子，當系統的最低能量狀態不如控制系統的方程對稱時，就會發生這種情況。週期性晶體的較低離散對稱性取代了晶體基態空間中的連續平移對稱性。由於物理規則在時間和空間的連續平移下都是對稱的，因此是否有可能在時間上違反對稱性從而產生不受熵影響的時間晶體的話題在2012年浮出水面。

當違反離散時間平移對稱性時（在常規驅動的系統中可能會發生這種情況），該系統被稱為離散時間晶體。因為它是非平衡物質的類型（或相），所以離散的時間晶體永遠不會達到熱平衡。時間對稱性只能在非平衡系統中被打破。

內容

1 歷史

2 時間平移對稱性

2.1 正常晶體中的斷裂對稱性

2.2 離散時間晶體（DTC）中的破碎對稱性

3 熱力學

4 實驗

5 參考資料

5.1 學術文章

5.2 書籍

5.3 新聞

6 外部連結

歷史

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諾貝爾獎獲得者弗蘭克·維爾切克在巴黎薩克雷大學

Frank Wilczek在2012年提出了量子化時間晶體的概念。

作為對Wilczek和Zhang的回應，Patrick Bruno（歐洲同步輻射設施）和Masaki Oshikawa（ 東京大學）發表了 多 篇文章，聲稱時空晶體是不可想像的。

隨後的工作完善了時間平移對稱性打破的標準，導致渡邊-押川 「不去」聲明，即處於平衡狀態的量子時空晶體是不可行的。

後來，提出了幾種時間晶體的實現，避免了平衡不去的論證。

2016年，普林斯頓大學和加州大學聖巴巴拉分校的研究人員提出，定期驅動的量子自旋系統可以表現出類似的行為。2017年3月，這兩項實驗都發表在同一期《自然》雜誌上。

後來，由蘇黎世聯邦理工學院的Tilman Esslinger領導的一個小組提出了耗散時間晶體，這是許多通過耦合到外部浴來破壞連續時間平移對稱性的體量子系統。

2019年，物理學家Valerii Kozin和Oleksandr Kyriienko證明，從理論上講，如果系統包含不尋常的長程多粒子相互作用，則永久量子時間晶體可以作為孤立系統存在。最初的不去論點只在存在典型的短程場的情況下成立，這些場的衰變速度與r−α一樣快，α>0。 相反，Kozin和Kyriienko分析了具有長程多自旋相互作用的自旋1/2多體哈密頓量，並表明它打破了連續的時間平移對稱性。系統中的某些自旋相關性在時間上振蕩，儘管系統是封閉的並且處於基能狀態。然而，在實踐中證明這種制度可能非常困難，

時間平移對稱性

自然界的對稱性直接導致守恆規則，正如諾特定理明確指出的那樣。

時間轉換對稱性背後的核心原則是，時間的變化對物理定律沒有影響，這意味著今天適用的自然規則在過去是相同的，將來也會是相同的。

正常晶體中的對稱性被打破

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Umklapp 過程和正常過程（N-過程）（U-過程）。N-過程守恆整體聲子動量，而U-過程修改聲子動量。

普通晶體具有破碎的平移對稱性，這意味著它們在空間中包含重複的圖案，並且對隨機平移或旋轉不是不變的。任意平移和旋轉對物理原理沒有影響。然而，如果晶體的原子保持恆定，則晶體中電子或其他粒子的動力學取決於它相對於晶體的運動方式，並且粒子動量可以通過與晶體的原子相互作用而變化，就像在Umklapp過程中一樣。

時間晶體具有破碎的對稱性，這相當於離散空間平移對稱性的破壞。例如，晶體表面上液體冷凍的分子可以與晶體的分子對齊，但對稱性不如晶體：這打破了最初的對稱性。這種破碎的對稱性有三個關鍵特徵：

該系統的對稱性低於晶體的底層排列。

該系統具有長距離空間和時間順序（與晶體表面附近液體中的局部和間歇順序不同），

它是系統各部分之間相互作用的結果，這些部分彼此相對對齊。

離散時間晶體（DTC）中的破碎對稱性

即使系統的定律在時間平移中是不變的，時間晶體似乎也違反了時間平移對稱性，並且在時間上具有重複的模式。實驗產生的時間晶體表現出離散的時間平移對稱斷裂，而不是連續的對稱 斷裂： 它們是週期性驅動的系統，以驅動力頻率的一小部分振蕩。（DTC之所以被稱為DTC，是因為它們的週期性是驅動週期的離散整數倍，根據Philip Ball的說法。

初始對稱性，即離散時間平移對稱性 （） 與 ，自發地被分解為較低的離散時間平移對稱性，其中是時間，驅動週期，一個整數。 {\displaystyle t\to t+nT} n=1 n>1 t T n

對流單元、振蕩化學反應、空氣動力學顫振和對週期性驅動力（如法拉第不穩定性、NMR 自旋迴波、參數下轉換和週期倍增非線性動力系統）的次諧波回應是可以表現出自發時間平移對稱性破壞但不是離散（或 Floquet）時間晶體的系統的例子。

然而，離散（或Floquet）時間晶體的獨特之處在於它們遵循離散時移對稱性破壞的嚴格定義：

這是一個破碎的對稱性 - 系統振蕩的週期大於驅動力。

系統處於加密平衡狀態 - 這些振蕩不產生熵 - 並且可以建立一個時間相關框架，其中系統在 頻閃學上 與平衡無法區分 （這不是對流單元，振蕩化學反應和空氣動力學顫動的情況）。

系統中存在長程順序，這意味著振蕩在任意長距離和時間內處於同相（同步）。。

此外，時間晶體中破碎的對稱性是多體相互作用的結果：與空間晶體一樣，這種順序是集體過程的結果。另一方面，核磁共振自旋 迴波不屬於這一類。

由於這些性質，離散時間晶體類似於上面提到的空間晶體，並且可以被視為非平衡物質的新形式或相。

熱力學

時間晶體不會打破熱力學定律：能量在整個系統中是守恆的，這樣的晶體不會自發地將熱能轉化為機械功，也不能作為永久的功儲存。但是，只要系統可以維護，它就可能在定義的模式中無限期地改變。他們有沒有能量的運動。

正如已經證明的那樣，時間晶體不能存在於熱平衡狀態。

根據來自普林斯頓大學、斯坦福大學和其他大學的谷歌研究人員和物理學家進行的一項研究，時間晶體並不違反熱力學第二定律。

實驗

2016年10月，馬里蘭大學的克裡斯托弗·門羅（Christopher Monroe）聲稱創造了世界上第一個離散時間晶體。利用Yao等人提出的想法，他的團隊將一個¹⁷¹Yb+離子鏈困在保羅陷阱中，該陷阱被射頻電磁場限制。兩種自旋狀態中的一種是由一對鐳射束選擇的。鐳射器是脈衝的，脈衝的形狀由聲光調製器控制，使用Tukey視窗以避免在錯誤的光學頻率下產生過多的能量。這個設定中的超細電子狀態為²S1/2| F = 0，m F = 0⟩和|F = 1， mF = 0⟩，具有非常接近的能級，相隔12.642831 GHz.十個多普勒冷卻的離子被放置在一條0.025毫米長的管路中並耦合在一起。

研究人員注意到電機的次諧波振蕩。實驗證明了時間晶體的「剛性」，即即使時間晶體被破壞，振蕩頻率也保持不變，並且它獲得自己的頻率並根據其振動（而不僅僅是驅動器的頻率）。然而，當振動的干擾或頻率變得過於強烈時，時間晶體熔化並失去了這種次諧波振蕩，回到以前的狀態，僅以感應頻率移動。

2016年，哈佛大學的米哈伊爾·盧金（Mikhail Lukin）透露了驅動時間晶體的發展。他的團隊採用了摻雜了高濃度氮空位中心的鑽石晶體，這些中心表現出強烈的偶極子-偶極子耦合和相對較長的自旋相乾性。微波力用於驅動這種強相互作用的偶極自旋系統，並使用光學（鐳射）場來識別集合自旋狀態。人們發現，自旋極化以微波驅動頻率的一半演變而來。振蕩持續了100多個週期。這種對驅動頻率的次諧波回應被視為時間晶體階特徵。

2020年8月17日， 自然材料 公司發表了一封來自阿爾托大學的信函，稱他們首次能夠觀察到氦-3超流體中兩個時間晶體之間的相互作用和組成粒子的流動，該超流體冷卻到絕對零度（0.0001 K或-273.15°C）的萬分之一度以內。

2021年2月，馬克斯普朗克智慧系統研究所的一個團隊揭示了由磁振子製成的時間晶體的製造過程，並使用掃描透射X射線顯微鏡對其進行了探測，以捕獲同類視頻中的迴圈週期性磁化模式。

2021年7月，谷歌和來自各大學的物理學家聲稱在谷歌的梧桐處理器上發現了一個離散的時間晶體。一個20量子位的晶元被用來創建一個上下自旋的多體定位配置，然後用鐳射刺激它，以創建一個週期性驅動的Floquet系統，其中所有向上的自旋都被翻轉下來，反之亦然，週期週期是鐳射的倍數。由於沒有來自鐳射的能量被吸收，系統保持受保護的特徵狀態順序。

{第1章完結}

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