科學人(第214期/2019年12月號)


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內容簡介

科學人(第214期/2019年12月號)

時間晶體

這種奇異的新物質狀態,其整體型態 每隔固定時間就會重複出現。 這可能讓我們製造出更完美的時鐘,藉此 精準測量距離與時間。

撰文/威爾切克(Frank Wilczek) 翻譯/高涌泉

晶體是自然界最有規律的物質。在晶體內部,原子與分子排列成有次序且重複出現的結構,形成穩定堅硬的固體,而且通常看起來很漂亮。 在近代科學興起前,人們已經發現晶體既有趣又迷人,常視之為珠寶。在19世紀,把晶體的形式做出分類以及了解晶體對於光的影響是科學競相研究的主題,這方面的研究誘發了數學與物理學中很多重要發展。接著在20世紀,對於晶體中電子的基本量子力學研究,直接導致現代半導體電子學,更促成後來發明了網際網路與智慧型手機。 人們對於晶體的了解,目前正有新進展,這得歸功於愛因斯坦相對論的一項原理:空間與時間緊密相連,最終完全對等。因此我們自然會好奇,是否有物體在時間上能夠呈現類似於普通晶體在空間上所具有的性質。在研究這個問題之際,我們發現了「時間晶體」(time crystal)。這個新觀點和越來越多符合這個概念的新材料類型,帶來物理學上令人興奮的洞見,以及嶄新應用的潛力。 在完整解釋這個新概念之前,我必須澄清到底什麼是晶體。科學上最有用的答案涉及兩個深奧的觀念:「對稱」與「自發對稱破缺」(spontaneous symmetry breaking,或稱自

作者簡介

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【關於封面】一般晶體的結構在空間中是規律且重複排列,科學家近年則創造出「時間晶體」,這種物質狀態在固定時間週期會重複出現。研究時間晶體,有助於製造長期穩定的精準時鐘、改善全球定位系統,也可能對基礎物理與宇宙學有更深刻的理解。

【物理學】 34 時間晶體 文/威爾切克(Frank Wilczek)

這種奇異的新物質狀態,其整體型態每隔固定時間就會重複出現。這可能讓我們製造出更完美的時鐘,藉此精準測量距離與時間。

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「科學人」系列

全系列作共224冊

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