美國物理學家利用聲波建構新型時間晶體,挑戰牛頓運動第三定律

美國紐約大學的物理學家們利用聲波構建了一種新型的時間水晶,這種水晶中的粒子似乎違反了牛頓著名的第三運動定律。這些粒子在時間水晶中的運動呈現不規則且非互惠的方式,這為技術和工業開闢了新的可能性。牛頓的第三運動定律指出,每一個作用都有一個相等且相反的反作用力,這一原則是世界上許多應用的基礎。從火箭引擎到彈跳球、游魚,乃至於孩子們在彈床上跳躍,所有現象均可用這條定律解釋。

在技術層面上,這條定律還指出力總是成對出現的。當力不平衡時,會導致物體運動狀態的改變。但如果一個物體不遵循牛頓的第三運動定律,那麼它將為科學和技術開闢新的前沿。那麼,什麼是時間水晶?時間水晶是一種不尋常的物質形式,由像擺錘一樣振盪的粒子組成。在經過近十年的預測之後,科學家們首次在現實世界中實現了時間水晶,並發現了幾種類型的時間水晶,每一種都具有獨特的特性,能夠用於不同的應用。

紐約大學柔性物質研究中心的物理學教授大衛·格里爾(David Grier)表示,時間水晶之所以引人入勝,不僅因為其可能性,還因為它們看起來既奇特又複雜。在格里爾的帶領下,研究人員米婭·莫雷爾(Mia Morrell)和莉拉·艾略特(Leela Elliot)製作了一種新型的時間水晶,這種水晶由小的泡沫珠子組成,漂浮在聲音的緩衝層上,並可通過聲波進行位移。在這個設置中,聲音充當了聲學懸浮器,讓珠子懸浮在空中。

莫雷爾在一份新聞稿中解釋道,聲波對粒子施加的力就像池塘表面的波浪對漂浮葉子施加的力一樣。我們通過將物體浸入一個稱為駐波的聲場中,可以使其抵抗重力懸浮。懸浮的珠子通過散射彼此之間的聲波進行互動。較大的珠子散射的聲波比較小的珠子更多,因此對較小珠子的影響也更大,反之亦然。這造成了珠子之間影響的失衡。莫雷爾補充道,可以將其想像為兩艘不同大小的渡船靠近碼頭,每艘船都會製造水波,這些水波會以不同程度推動對方,具體取決於它們的大小。由於這些過程是由聲波進行的,因此不受牛頓第三運動定律的限制。

儘管之前已經有過關於時間水晶的實驗,但這次的研究也有所不同,因為它在一個約一英尺高的裝置中運行,並且肉眼可見。格里爾在新聞稿中表示,我們的系統非常簡單,這一研究和裝置可能有助於研究人員理解生物系統,例如晝夜節律,及非互惠過程,例如身體如何分解食物。該研究結果已發表在《物理評論快報》上。

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Henderson
Henderson 是 TechRitual Hong Kong 科技編輯,專注報導智能手機、消費電子產品、SIM 卡及流動通訊市場。自加入 TechRitual 以來,累計撰寫數千篇科技報導及產品評測,內容同步發佈至 SINA 及 Yahoo Tech 等主要平台。部分文章由 AI 工具輔助撰寫,經編輯團隊審閱及事實查核後發佈。