说到晶体，大家最容易想到的便是钻石，这些闪烁夺目的石头是由不计其数的碳原子有序重复排列而成的。而对于物理学家而言，晶体与宇宙中的一项基本性质对称性有关。

　　宇宙中所有自然形成的和人造出来的晶体都不同程度地打破了空间对称性，而现在又有一种新型晶体被人类造了出来，它除了满足一般晶体的特征外，还打破了时间维度上的对称性，这就是时间晶体（time crystals ）。在这种全新的晶体里，晶格将会在时间这个维度上进行有序重复。

　　至此，经典对称性最后一块面纱——时间对称——终于被人类揭开，这是物理学上的一项重大成果。

　　物理学家曾希望通过“离子阱”来创造“时间晶体”，这是一种在不消耗能量的前提下，以固定模式运动的物质。

　　尽管如同石墨烯最初一般，时间晶体到底有些什么应用现在还并不明确。但至少有一点是肯定的，时间晶体的超级稳定性可以作为对抗退相干效应的有力武器，来保证一个量子态的寿命。如果量子态可以被强化，它还可用作制造更稳定的量子计算机内存，和进行更精确的测量。

　　时间晶体

　　2016 年 8 月，arXiv上面放出了一篇文章声称时间晶体是可行的！该文刚刚在上周的物理评论快报上发表，作者是加州大学伯克利分校物理系的助理教授Norman Yao。在这篇论文中，Norman Yao详细描述了受到外部驱动的时间晶体所具有的性质：基态呈现周期性，且为驱动周期的整数倍，周期稳定，有清晰的相变边界。

　　他还提出了制备时间晶体的具体方案。在他的方案中，由加州大学伯克利领导的团队会制造一个只有头发丝十分之一细的微小“陷阱”，然后将100钙离子注入到这个陷阱中，库仑作用会让这100个离子均匀地散开到陷阱的边上。此时经过激光冷却后的离子都处于基态，然后研究人员会开启一个静磁场，根据Yao的理论，钙离子环会在磁场中开始转动（而且会永久地转下去）。如果一切顺利，这些离子每隔一段时间就会回到最初的位置上，从而形成一个个在时间上重复排列的“晶格”，时间对称性由此被打破。

Norman Yao

　　很快，两个研究团队就依照Norman Yao所描绘的蓝图分别制造出了他们的第一个时间晶体，使用的是完全不同的设备。这两个来自马里兰大学和哈佛大学的团队分别在网上公布了他们的成果并提交发表，Norman Yao是这两篇论文的共同作者。

　　时间晶体之所以在时间上不断重复是因为它们受到了一种周期性的冲力，就像不断地弹一块果冻让它周期性晃动一样。Norman Yao解释说，这里面最大的突破，与其说是这些晶体做到了在时间上周期性“重复”，倒不如说是我们第一次大规模制造出了非平衡态的新材料。它们的基态永不停歇，无法像钻石或者红宝石那样回到相对静止的平衡态。

　　“这是一种新的物质状态，仅此而已。但它同样酷的地方在于这是第一个非平衡态的物质状态”，Norman Yao说，“在过去的半个世纪里，我们一直在研究平衡态的物质，比如金属和绝缘体，而今天我们将开始探索非平衡态物质的奇妙世界。”

　　加州大学伯克利分校的时间晶体实验说明：通过电场将钙离子围绕在一个100微米宽的“陷阱”中，使它们形成晶体圆环。科学家们相信，静磁场会使圆环转动。

　　不被看好的发现

　　那么为什么时间对称性如此难以打破呢？这还要从晶体与对称性破缺来说起。

　　众所周知，自然法则本身都是满足对称性的。在平地上做力学实验，和在一列高速行驶的列车上做的实验得到的结果是相同的，昨天和今天做相同的实验得到的结果也是相同的，因为力学原理满足空间平移对称性和时间平移对称性。此外，还有旋转对称性和反转对称性等。