時間信史，突破宇宙終點而存在，見證下一次宇宙大爆炸

歡迎收看老民的頻道 在數萬億年之後 宇宙的傷達到了最大值 全部能量消耗完畢 空間中一片死寂 所有物質都衰變爲光子和氫子 科學家稱這種狀態爲熱寂 此時仍有一些極其微小的物質 還在做弗洛坦週期性運作 這種物質原本在宇宙中並不存在 是一個叫做人類的物種發明的 它是一種湧動裝置 人們稱之爲時間晶體 時間晶體會超越宏觀宇宙而存在 只是人類現在還說不清 它到底意味着什麼 地球紀念2021年10月 谷歌宣佈在量子計算機裏 實現了時間晶體的那一刻 人類再次改造了自然 向這混沌的未來又邁進了一大步 時間晶體會引發混沌嗎 咱們還得從頭說起 時間要回到2012年 諾貝爾獎獲得者弗蘭克·威爾切克教授 在一次演講中預言了一種奇妙的物質 這種物質會自動出現週期性變化 他給這種想象中的物質起了一個名字 叫時間晶體 今天回想 我們可以把威爾切克的問題 稱爲礦事疑問 怎麼講呢 因爲他的提問既合理又深邃 要想了解時間晶體 我們要把這件事拆開來說 先說晶體 在空間中 晶體是一種非常常見的東西 比如說石英石 很容易形成大塊單晶的金屬夾 還有我們聽到最多的鑽石恆久遠 一顆永流傳的鑽石 這些都是晶體 晶體簡單說就是晶包 一種最小晶體結構 在三維空間中的不斷重複 說完了晶體 再來談時間 愛因斯坦早就說過 時間與空間是一體的 時間是空間的第四個維度 現在我們倒過來想一想 如果有一種物質 它可以在第四維上 也就是在時間的維度上 不斷的重複 這會是一種什麼物質呢 這種物質理所當然的 就應該叫做時間晶體 所以我說 威爾切克發出的是礦石疑問 時間晶體是一個非常合理的假設 但是需要提問者擁有豐富的知識 與天馬行空般的想象力 時間來到2016年 加州大學伯克利分校的 華裔美國物理學家姚穎 首次提出 人類可以製造時間晶體 她把設計藍圖和具體制作方法 發表在網站上 她寫的非常詳細 具有很強的操作性 凝聚態物理學家們一看到這篇文章 就可以立刻安排上馬實操 時間來到2017年 在3月9日的《自然》雜誌上 以封面頁的形式向世界宣佈 有兩個科技團隊 分別按照姚穎的藍圖 製造出了時間晶體 這也讓年輕的姚穎 一下子成爲 凝聚態物理學的先鋒人物 我也在推特上關注了一下姚穎 截止到我關注的時候 姚穎只有33個粉絲 可見科學無論在哪個國家 都是很冷門的東西 做出這麼大成績的科學家 居然只有這麼一點粉絲 製造時間晶體的基本思路是這樣的 首先需要一個離子級 就是一種利用電場 來將離子限制在一個極小範圍內的 一種裝置 因爲它具有粒子和波的雙重屬性 在空間中給定區域內的波幅 可以代表在該位置 找到一個粒子的概率 當離子在極低溫度條件下被俘獲時 隨機性就全部抵消了 這樣一來 粒子的位置就被固定住了 這就叫做粒子被定域化 隨後科學家分別兩次用激光射擊粒子 神奇的現象出現了 電子開始以週期性的時間 做重複性的自旋 如果我們加上時間軸 看上去就是這個樣子的 這種物質就是時間晶體 時間晶體打破了普通人對物質的認知 這種新物質居然是一種永動機 也就是說它的運動永遠不會停下來 這不就違反了能量守恆定律了嗎 但實際上不是這樣的 我們再來想一想晶體 晶體是在空間中不斷的重複 但在時間上是穩定態 時間晶體正好倒過來 它在空間中是穩定態 但在時間維度上變化 處於電子穩定態 也就是說時間晶體的運動不消耗任何能量 時間晶體一旦運動起來就永遠不停止 如果說宇宙的命運是走向熱劑 那麼時間晶體就可以突破宇宙的死亡而存在 美國科普專欄就大開了腦洞 認爲可以使用時間晶體來做時間膠囊 把人類的一切記錄下來 等宇宙重新開始新的輪迴的時候 就可以把人類的信息傳遞到下一個宇宙中去 這個想法非常有想象力 我有時也在思考生命存在的意義 有沒有這樣一種可能呢 生命的目的就是爲了記錄 就是爲了讓高級的物種發明一種 可以突破宇宙生命的東西 把宇宙中的一切記錄下來 現在看時間晶體也許能夠擔此大任 在這裏咱們還是做個小調查 認同生命的目的就是記錄宇宙信息的 請在彈幕或者留言裏打上111 認爲生命還有其他目的的請打上000 如果有可能也請大家寫上幾句 你們認爲生命的目的到底是什麼 咱們還是回到時間晶體 有人就問搖影 你說時間晶體造出來有什麼用呢 搖影就坦誠的回答說 不知道 人們現在看時間晶體的第一反應是什麼 它其實是一種新材料 它就像是人類發明的超流體一樣 超流體完全沒有粘性 內摩擦係數爲0 超流體也是人類發明出來的 原本在宇宙中並不存在 但是像時間晶體這種新材料 遲早有一天會運用到人類的生產生活中去 就像物理學家理查德·費曼 在1959年12月29日做的那篇著名的演講 叫做在底部還有很大空間 第一次提出了納米技術的概念 人類用60多年的時間發展納米技術 今天納米材料已經廣泛的應用到了醫療 半導體 家電 紡織等各個行業裏 但是在大多數人還沒有明白時間晶體的應用場景時 有一家公司卻突然理解了時間晶體的巨大作用 這家公司就是谷歌 我們要把時間回溯到1981年 還是費曼在另一個著名的報告中提出了一個問題 計算機能否模擬量子物理系統呢 費曼見而見異 解決這個問題的方法就是製作一臺反應量子行爲的計算機 也就是今天的量子計算機 谷歌公司是最早進入量子計算領域的科技公司之一 這個就是谷歌裝有懸鈴木芯片的量子計算機 量子計算機是一個跨時代的產物 傳統計算機通過電路的通斷來實現0和1的兩種狀態 量子計算機也有着自己的基本單位叫做量子比特 薛定諤的貓告訴我們 貓可以處於死和活兩種狀態的疊加 量子比特也一樣 能同時處於0和1兩種狀態 一個量子比特能表示兩種狀態 兩個量子比特就表示四種狀態 四個量子比特就表示16種狀態 以此類推了不得了 到2019年的時候 懸鈴木的53個量子比特就可以模擬2的53次方種狀態 2020年12月4日 中國科學技術大學發佈了使用76個光子運算的量子計算機9張 2021年11月15日 IBM公司又公佈了含127個量子比特的量子計算機 量子計算機飛速發展 計算能力早已經遠超傳統的超級計算機 問題來了 谷歌研究量子計算機主要是用來幹什麼呢 就是想發展量子人工智能 時間再到2021年的11月 在美國聖巴巴拉谷歌量子AI實驗室 科學家使用20個超導鋁條作爲量子比特 將每一條設置爲兩種可能狀態中的一種 然後他們用微波束轟炸這些超導鋁條 讓量子比特切換成另一種狀態 一個新的時間晶體產生了 它持續了大約1%秒 總共運行了800個佛洛凱週期 這是一個舉世矚目的研究成果 谷歌的研究基本上就給時間晶體的存在定性了 首先 自旋鏈的長度足夠長 谷歌團隊使用了20個超導比特 使尺寸效應和邊界效應的影響足夠小 充分說明時間晶體的週期性變化 不是受其他原因的影響 其次 實驗的時間也夠長 1%秒 800個佛洛凱週期 板上釘釘啊 科學界再沒有疑義了 看來 費曼又一次成爲了預言帝 他在1982年時就說過 量子計算機可以用來模擬任何可以想象的 量子系統中的粒子 所以量子計算機是天然的研究時間晶體的最好的工具 那麼谷歌又爲什麼這麼熱衷於時間晶體的研究呢 原來工程師們一直在努力創造一種可以在量子計算機中充當內存的東西 物理學家們認爲 時間晶體這種新物質是量子內存的不二之選 所以人類的下一次突破很有可能就是量子計算的整體突破 而下一次突破也大概率的意味着人工智能時代的到來 也許有的朋友會說 這也太能想了吧 強人工智能連邊還沒摸着呢 但是在科學探索中 有創建的錯誤比平庸的正確更有價值 因爲錯誤中可能孕育着新的思想 你得允許人們天馬行空的去想 如果2012年威爾切克沒有預言時間晶體 又怎麼會有今天時間晶體的出現呢 在最後咱們再說一件細思極恐的事兒 我們在節目一開始說到 時間晶體也許會引發出一個混沌的未來 此話怎講呢 2014年威克切爾與霍金和其他兩位學者一起寫了一封公開信 在信裏他們警告說 人工智能可能會顛覆整個世界 除非人類學會如何規避風險 大家看啊 爲人工智能做出重大貢獻的是他 警告人工智能會毀滅人類的也是他 因果鏈就這樣搭上了 好像在冥冥中有一個無形的手在操控一樣 細想之下讓人不寒而慄