量子時間晶體理論被指存缺陷 不可能存在

物理學家，諾貝爾獎獲得者，美國麻省理工學院教授弗蘭克‧維爾澤克常常以提出一些一開始被其他人認為荒誕離奇，但最終卻往往能成為科學主流的理論而著稱。去年他首次提出量子時間晶體的構想，並且一如既往的遭到了很多同行的反對和質疑

據物理學家組織網站報導，設想一下，一個處於運動狀態的物體是否有可能能量為零？通常這個問題的答案是否定的，因為運動本身就會產生動能。然而這個答案由於一種“量子時間晶體”的出現而開始受到挑戰。這一概念最早是在2012年由諾貝爾獎獲得者，美國麻省理工學院的弗蘭克‧維爾澤克(Frank Wilczek)提出來的。所謂“量子時間晶體”是一種理論體系，其基態，即其處於最低能級的狀態，會發生週期性震盪。

在那之後，美國加州大學伯克利分校物理學家李彤昌(音譯：Tongcang Li)等人提出利用帶電粒子(即離子)與環狀離子勢井構建一個時間晶體的實驗方法。他們指出，在弱磁場下，離子將開始圍繞勢井旋轉，並且由於此時這個離子正處於其基態，這種轉動理論上將會永遠持續下去。

不過並不是所有人都歡迎量子時間晶體這個概念。比如任職於歐洲同步輻射光源(ESRF)機構的物理學家帕特里克‧布魯諾(Patrick Bruno)。他在這一理論體系中找到了幾個漏洞，並排除了大部分可能被歸入量子時間晶體的體系存在自發基態自旋的可能性。

布魯諾的這篇文章已經刊載於近期出版的《物理評論快報》上。這篇文章是在他早前對於維爾澤克論文進行評價的文章基礎之上寫成的，這兩篇文章都在3月份刊載於同一份雜誌上。

根據布魯諾的想法，量子時間晶體理論存在兩個主要的缺陷。首先是維爾澤克在其模型中所描述的旋轉的光孤子事實上並不處於基態，而是處於一種高能級狀態；其次，即便一個處於基態但顯示轉動運動的系統仍然會以電磁輻射的方式進行能量輻射，而這就與能量守恆的原則相悖。

維爾澤克此前對布魯諾所做評論中的第一點進行了回應，承認其模型中的光孤子並非處於基態，但同時認為在其他一些體系中可以存在時間晶體，即擁有某種非靜止狀態的基態形式。

在此次發表的新的文章中，布魯諾証明了一個粒子圍繞一個一維磁場環發生旋轉就一定會增加體系的能量，從而使這一體系不再處於基態，而這就等於禁止了存在擁有旋轉運動基態系統的可能性。布魯諾此次給出的証明涵蓋了擁有任何有限角速度旋轉運動的體系。這些工作都是在另一位諾貝爾獎獲得者，物理學家安東尼‧雷格特(Anthony Leggett)有關超流體轉動性質的工作基礎上做出的。

布魯諾指出，他的這些觀點不應該被認為是令人驚訝的，因為早在1964年，當時的另一位諾貝爾獎獲得者沃爾特‧科恩(Walter Kohn)就已經証明絕緣體對磁場通量完全不敏感。由於量子時間晶體在模型中表現為一種環狀的魏格納晶體，而魏格納晶體是絕緣體，要想找到一種方法証明磁場通量可以造成這種體系的轉動，用布魯諾的話來說，是“一種註定徒勞的嘗試。”

而至於布魯諾的此番理論究竟是否究竟量子時間晶體的最終定論，或許只有時間可以給出答案。布魯諾表示：“關於我的這篇文章是否最終給出了量子時間晶體是否存在的答案，只有未來的發展情況可以回答。但就目前而言，我的文章提出的主要觀點就是，就目前為止所有可能的模型和機制而言，時間晶體都是不可能存在的。因此除非未來在這一方面出現新的突破，我個人認為已經可以為這一問題劃上句號了。”

他補充表示：“我並不排除會有人提出其他理論的可能性，超出我的理論範圍之外。然而，基於能量守恆原則，時間晶體的行為，即非靜止的基態，是不被允許的，那是不可能存在的。”

他說：“目前我還沒有繼續在這一課題上開展進一步工作的打算，除非有人就這一問題提出新的觀點。在那樣的情況下，我一定會仔細思考他們的觀點，並且有可能回過頭來重新探討這一話題。”