纽约大学团队宏观观测时间晶体 实验中展现牛顿第三定律偏离

纽约大学（NYU）的物理学研究团队近期完成了一项重要的实验性进展，成功观测到一种宏观尺度的“时间晶体”。这一新物质相态的核心特征在于其宏观组分能够悬浮于声波之上，并通过散射声波进行相互作用，这一现象与经典物理学的基本原理产生了显著的张力。该研究的详细成果已于2026年2月6日发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。

研究人员利用一个高约三十厘米的声波悬浮装置，将微小的聚苯乙烯珠置于空气中，通过驻波来抵消重力，使粒子保持悬浮状态。悬浮的粒子能够维持其特定模式长达数小时，显示出高度的实验稳定性。该宏观时间晶体的独特性在于其相互作用机制：当悬浮粒子碰撞时，作用力通过散射声波传递，这种力传递过程基于粒子尺寸呈现出非互易性。

具体而言，较大的颗粒会比小颗粒散射更多的声能，导致大颗粒对小颗粒施加的作用力大于小颗粒对大颗粒施加的反作用力。这种固有的不对称性，直接打破了经典力学中艾萨克·牛顿第三定律所要求的相互作用的互易性，即作用力与反作用力大小相等、方向相反。牛顿第三定律的这种偏离，被认为是该系统能够维持持久、自发的节律性振荡的关键，而持续振荡正是时间晶体的标志性特征。

时间晶体的概念最初由诺贝尔物理学奖得主弗兰克·维尔切克于2012年提出，通常被视为复杂的量子现象，但纽约大学的这项工作提供了一个宏观、经典的类比模型。领导该研究的纽约大学软物质研究中心主任大卫·格里尔教授，与研究生米娅·莫雷尔及本科生莉拉·艾略特共同完成了此项工作。

这一发现的意义在于，它为研究跨越多个科学领域的非互易现象提供了一个前所未有的可观测宏观模型。非互易性在物理学分支中扮演基础角色，打破互易性往往意味着对称性的破缺。这种宏观时间晶体所展示的非互易作用，为探索生物系统中的非互易动态过程，例如昼夜节律和新陈代谢的研究，提供了潜在的工具。尽管该系统在经典力学层面偏离了牛顿第三定律，但时间晶体处于最低能量状态下的永动状态，其运动不消耗能量，因此与能量守恒并不矛盾。

这项宏观实验不仅挑战了对经典力学的直觉理解，也为下一代技术奠定了基础，有望推动非互易器件、数据存储以及高精度传感器的发展，并在凝聚态物理与系统生物学等领域建立新的研究桥梁。