2025 年科学家首次造出了固体 “时间晶体”！

2025 年 9 月 4 日，物理学即将迎来重大变革！我们对宇宙本质的理解又迈出了关键一步 —— 那个以往只能感知却无法触碰的 “时间”，如今终于能被观测到了。这一突破性发现已刊登在顶尖科学期刊《自然》上。

科学家首次成功掌握了 “时间” 这把密钥，将曾经的神话变为现实 —— 在实验室中制造出了肉眼可见的时间晶体。

单说 “时间”，你知道如何判断时刻；单说 “晶体”，你熟悉食盐、糖块这类物质，但 “时间晶体” 四个字组合在一起，是不是就让你有些困惑？其实 “时间晶体” 的概念虽显抽象，但我们可以通过一个类似现象理解它：有这样一种事物，它无需能量就能运动，以不可思议的韵律持续且永恒地脉动。不过更令人惊叹的是，时间晶体的行为彻底打破了我们从小到大建立的物理常识，它就像宇宙规则允许存在的 “合法 bug”。接下来，我们就一同探寻时间如何变成晶体，以及它 “优雅违背常识” 的原理，准备好，你的世界观或许会受到小小的冲击。

想象一下，钟摆被推动后会来回摆动，陀螺被抽打后会高速旋转，但它们最终都会停下，这是因为空气阻力和摩擦会消耗它们的能量，这是定律，也是常识。可时间晶体却截然不同，它如同永不知疲惫的心脏，能稳定、有节奏地跳动数小时甚至更久，无需外力推动或抽打，就能自主运动。不过请不要在弹幕中刷 “永动机”，因为还有更不可思议的现象：若将时间晶体置于宇宙中最冷、最黑暗且无任何能量输入的角落 —— 物理学家所说的 3.15° 基态或最低能量状态，它不仅不会被冻结，其周期性运动反而能更稳定、更持久地维持。这就好比一台没有燃油的发动机，不仅能运转，还能跑得更顺畅。

看到这里，你可能会疑惑：时间晶体究竟是什么？它为何如此特殊？能量又从何而来？几个世纪以来物理学大厦的能量守恒定律是否失效了？物理学真的要变天了吗？别着急，物理定律并未失效，要理解这个 “合法 bug”，我们只需掌握一个核心词汇 —— 对称性破缺。

这个词听起来高深，但理解起来并不难。我们先从熟悉的 “空间对称性破缺” 说起。想象一碗液态水，其中的每个水分子都能自由移动，在任何位置出现的概率都相同，物理学家将这种状态称为 “对称的”。可当温度降低，水凝结成冰后，水分子便无法再自由移动，它们被 “锁定” 在特定位置，排列成整齐的队列，打破了 “在任何位置都一样” 的自由状态，空间对称性就此被打破，于是我们得到了空间晶体，比如雪花。理解了空间晶体，我们只需将这一概念迁移到 “时间” 维度即可。在牛顿定律、相对论等物理定律中，它们在昨天、今天、明天的每一分每一秒都同样有效，这意味着时间本身是 “对称的”。但时间晶体却不按常理出牌，它会在自身内部自发形成特定的周期性节奏，不再遵循 “每一刻都相同” 的时间对称性，而是以固定频率（如每隔 1 个单位时间就重复一次状态）周而复始地运动，打破了时间的对称性，时间晶体也由此诞生。

此时你心中或许还有一个疑问：既然时间晶体能持续运动，那它为何不是永动机？答案很明确 —— 它绝对不是永动机！因为时间晶体既不创造能量，也不消耗能量，它只是物质在最低能量状态（即基态）下保持的一种固有振动。这就如同地球因有质量而被太阳引力捕获，进而围绕太阳公转，地球并非 “消耗” 能量才运转，而是在引力场中呈现出的基态表现。时间晶体也是如此，在特定状态下，它会自然呈现出周期性运动，这并非违背物理定律，而是展现了一条我们此前未曾知晓、隐藏极深的宇宙规则，是宇宙规则允许的 “合法 bug”。

听到这里，你可能会觉得时间晶体虽厉害，却与我们的生活相距甚远。那这个看似 “关乎宇宙” 的事物，是谁提出的？制造它又有什么用呢？答案是：时间晶体不仅有用，甚至可能成为打开未来世界的钥匙！

首先，时间晶体的发现过程本身就是一段波澜壮阔的科学史诗。2012 年，诺贝尔物理学奖得主弗兰克・维尔切克在理论层面 “构想” 出了时间晶体的存在，他从数学和理论上推导：既然存在空间晶体，就应该存在时间晶体。这一理论刚提出时，主流物理学界大多质疑：“这个老家伙是不是疯了？这不就是换了个说法的永动机吗？” 此后近十年，物理学界开启了对时间晶体的 “幽灵狩猎”。2016 年，马里兰大学的团队首次在实验室中捕捉到时间晶体的踪迹，他们用激光轰击超冷离子，使其来回翻转，观测到了类似时间晶体的现象。但当时的实验条件极为苛刻，且观测到的 “时间晶体踪迹” 仅能存在几毫秒，在宏观世界中几乎是一闪而过。当时最大的质疑声便是：“这到底是真正的时间晶体，还是实验仪器未校准好产生的误差？” 整个领域陷入了 “时间晶体是否真的存在” 的巨大疑问中。

科学探索需要坚持不懈的精神，在持续研究中，突破接踵而至。2024 年，德国团队制造出了能持续 40 分钟的时间晶体，存在时长较之前提升了千万倍，这一成果证明了时间晶体并非误差，而是真实存在的！而几天前（2025 年 9 月前后），科罗拉多团队的突破更是堪称 “王炸”—— 他们在材料和尺度上实现了革命性突破。不再依赖极端的量子设备，而是巧妙地运用了液晶（即手机屏幕中使用的材料），用一束普通光照射涂有特殊染料的液晶，奇迹就此发生：这些液晶分子自发组织起来，形成了肉眼可见、能持续跳动数小时的周期性图案！这一次，研究人员无需再推测，通过显微镜就能直接观测到这些 “老虎条纹” 状结构的周期性形成与消失。这一刻，科学家们终于将时间晶体这个 “幽灵” 从深邃难懂的微观量子世界，拽到了触手可及的宏观世界，这无疑是一个划时代的时刻！

或许你仍觉得时间晶体看起来像永动机，但请记住，它绝对不是！它不创造能量，也无法对外做功，只是在自身的基态中保持运动。那它能帮助我们实现时间旅行、回到过去吗？很遗憾，答案是否定的，这是一个美丽的误会。时间晶体中的 “时间”，指的是节奏性与周期性，就像节拍器的时间概念，而非我们通常理解的可穿越的时空维度。

既然时间晶体无法对外做功，那它究竟有什么用呢？其实，它可能是打开多个未来新世界大门的钥匙：

第一、量子计算的圣杯。当前的量子计算机极其脆弱，哪怕是一点点干扰，都可能导致计算 “崩溃”。而时间晶体具有坚如磐石、不受干扰的超稳定周期性，这一特性或许能解决量子计算的稳定性难题 —— 它有望成为制造真正稳定、不会 “崩溃” 的量子比特的终极方案，成为量子计算机中最可靠的 “内存” 和 “节拍器”。

第二、终极计时器。时间晶体的振荡精度极高，利用这一特性，我们有望制造出一款几十亿年都不会误差一秒的计时器。这一成果将对现有的 GPS 全球导航系统带来颠覆性改变。要知道，现在我们依赖的原子钟，虽然精度已经很高，但长期运行仍会有微小误差，而时间晶体计时器的出现，能让卫星导航的定位精度从米级再提升一个数量级，这对自动驾驶、航空航天、深海探测等领域来说，都是至关重要的技术突破。

第三、探索宇宙的新窗口。时间晶体对引力、磁场等宇宙基本作用力的变化极其敏感，它就像一个超精密的 “宇宙传感器”。未来，我们可以将时间晶体探测器部署在航天器上，通过观测它的周期性变化，更精准地探测引力波、暗物质等宇宙深处的奥秘，甚至可能帮助我们验证那些目前还停留在理论层面的宇宙模型，比如弦理论、多维空间假说等。

第四、推动基础物理学革命。时间晶体的存在，本身就拓展了我们对物质状态的认知边界。在它被发现之前，我们认知中的物质基态都是静止的，但时间晶体却在基态下呈现出周期性运动，这意味着宇宙中可能还存在更多我们未知的物质状态。对时间晶体的深入研究，或许能帮我们统一量子力学和相对论这两大物理学支柱，解开 “奇点”“黑洞内部结构” 等长期困扰科学界的难题，让人类对宇宙本质的理解迈入全新阶段。

可能有人会问，这么厉害的技术，什么时候能真正走进我们的生活？其实，从科学发现到技术应用，往往需要一个过程。就像 100 多年前，爱因斯坦提出相对论时，没人能想到它会成为今天 GPS 导航的理论基础。时间晶体目前还处于实验室研究的关键阶段，但它展现出的潜力已经让整个科学界为之振奋。或许在未来 10 到 20 年里，我们就能看到基于时间晶体技术的量子计算机投入商用，看到更精准的导航系统改变我们的出行方式，甚至看到它在探索宇宙的任务中发挥关键作用。

回顾时间晶体的研究历程，从 2012 年维尔切克的理论构想，到 2016 年首次捕捉到踪迹，再到 2024 年德国团队的时长突破，直至 2025 年科罗拉多团队在宏观尺度上的成功制造，每一步都充满了挑战，也充满了惊喜。这不仅是人类智慧的胜利，更印证了科学探索的魅力 —— 只要我们敢于质疑常识、坚持求真，就能不断揭开宇宙的神秘面纱，找到通往未来的钥匙。而时间晶体，或许就是那把能打开多个未来大门的关键钥匙，让我们共同期待它在未来绽放出更多可能。