在显微镜下看到的时间晶体。图片来源：《自然-材料》

时间晶体，一种曾被认为在物理上不可能存在的物质状态，或许很快就会出现在纸币上。

时间晶体是一种在时间维度上持续重复出现的物质形态，就像普通晶体中的原子在空间重复排列一样。此前，时间晶体仅存在于复杂的量子物质中，但物理学家找到了一种方法，能够在特定条件下制造出一种可用肉眼看到的时间晶体。

这项成果9月4日发表于《自然-材料》。该研究涉及兼具液体与固体特性的“液晶”棒状分子。研究人员只需将光照射在液晶上，就能在其表面产生扭曲分子的涟漪。即使改变了外部条件，涟漪也会以不同的节奏持续移动数小时。且这种节奏与任何外部输入的作用力不同步，满足了时间晶体的两项核心定义标准。

韩国浦项科技大学的材料科学家Young-Ki Kim表示，尽管液晶的一些特性已为人所知，但此前从未有人考虑过能否用它制造时间晶体。Kim指出，这种时间晶体达到了毫米至厘米级的宏观尺度，为“更深入理解”该现象创造了机会。作者称，晶体中独特的图案使其有望用于防伪装置。

2012年，诺贝尔物理学奖得主Frank Wilczek首次提出时间晶体的概念。Wilczek构想的时间晶体如同一台永动机—— 一种能在自然静止状态下无限循环的物质。后来有团队发表论文，通过数学方法证明这一概念是不可能实现的，但研究人员很快发现，其他类型的时间晶体是可能存在的。例如，有序时间晶体可存在于持续变化而非静止的特殊系统中。

此后，科学家通过多种方式制造出时间晶体，包括利用钻石中相互作用的纳米级缺陷，以及在谷歌的Sycamore量子计算机上进行模拟。但大多数实例都处于微观尺度。

最新实验将光照射在两片玻璃板之间的液晶膜上，即便普通灯泡发出的光也行。当光线照射到玻璃板上的光敏染料分子时，这些分子会改变方向，触发液晶中的分子扭曲。

液晶棒状分子之间存在分子间作用力，使其通常指向同一方向。若一部分分子开始扭曲，就会引发多米诺效应：分子通过复杂的相互作用重新定位。

在这些分子汤中，形成了具有粒子特性的稳定扭曲结构。这些粒子相互作用，形成了可观察到的波纹。该研究负责人、美国科罗拉多大学博尔德分校的物理学家Ivan Smalyukh表示：“能在软物质系统中轻易观察到这种时间晶体有序性，我们既惊讶又兴奋。”

为详细观察分子的“舞动”，研究人员用一种仅能透射偏振光的显微镜观察了时间晶体。透过的光量取决于分子的排列方向，这使得时间晶体呈现出一系列明暗条纹。

即便研究人员改变温度和光强，这种时间晶体仍能维持其独特节奏达数小时。Smalyukh表示，由于实验装置可调整成厘米级图案，因此该效应可用肉眼观察到，尽管其对比度和分辨率低于显微镜下的效果。

作者称，由于这种图案在空间和时间维度上均会发生变化，从技术上讲，该系统属于时空晶体。Smalyukh补充道，它毫无疑问符合时间晶体的定义，但这也引发了一个问题：其他周期性效应是否也符合这一定义。

研究人员表示，这些时间晶体并非只是新奇之物。这种晶体薄层可嵌入纸币中，用于验证真伪。他们称，光线穿过多组有不同特征图案的晶体后，不仅会产生单一方向的波纹，还会形成动态的二维条形码。这种条形码极难伪造，同时也可用于存储信息。

Smalyukh在一份声明中表示：“目前我们不想限制其应用场景。我认为，有机会将这项技术推向各个方向。”

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41563-025-02344-1