Fysiker skapar en ny sorts tidskristall som människor faktiskt kan se.

5 september 2025

av Daniel Strain, University of Colorado vid Boulder

redigerad av Lisa Lock, granskad av Robert Egan

vetenskaplig redaktör

biträdande redaktör

Den här artikeln har granskats enligt Science X:s redaktionella process och policyer. Redaktörerna har betonat följande egenskaper samtidigt som de säkerställt innehållets trovärdighet:

faktagranskad

peer-reviewad publikation

betrott källa

korrekturläst

Föreställ dig en klocka som inte behöver el, men dess visare och kugghjul snurrar av sig själv för evigt. I en ny studie har fysiker vid University of Colorado Boulder använt sig av flytande kristaller, samma material som finns i din telefon, för att skapa en sådan klocka - eller åtminstone så nära som människor kan komma den idén. Laget har gjort en ny upptäckt av en 'tidskristall.' Det är namnet på en märklig fas av materia där bitarna, såsom atomer eller andra partiklar, befinner sig i konstant rörelse.

Forskarna är inte de första att skapa en tidskristall, men deras skapelse är den första som människor faktiskt kan se, vilket skulle kunna öppna upp för en rad teknologiska tillämpningar.

'De kan observeras direkt under ett mikroskop och till och med, under speciella förhållanden, med blotta ögat,' sa Hanqing Zhao, huvudförfattare till studien och doktorand vid fysikinstitutionen vid CU Boulder.

Han och Ivan Smalyukh, professor i fysik och stipendiat vid institutet för förnybar och hållbar energi (RASEI), publicerade sina resultat den 4 september i tidskriften Nature Materials.

I studien designade forskarna glasbehållare fyllda med flytande kristaller - i detta fall, stavformade molekyler som beter sig lite som ett fast ämne och lite som en vätska. Under speciella omständigheter, om du skiner ljus på dem, kommer de flytande kristallerna att börja virvla och röra sig, följa mönster som upprepas över tiden.

Under ett mikroskop liknar dessa flytande kristaller psykedeliska tiger ränder, och de kan fortsätta röra sig i timtal - liknande den evigt snurrande klockan.

'Allting föds ur ingenting,' sa Smalyukh. 'Allt du behöver göra är att skina ljus, och hela denna värld av tidskristaller uppstår...'

Zhao och Smalyukh är medlemmar i Coloradosatelliten för International Institute for Sustainability with Knotted Chiral Meta Matter (WPI-SKCM2) med huvudkontor vid Hiroshima University i Japan, ett internationellt institut med uppdrag att skapa konstgjorda former av materia och bidra till hållbarhet.

Tidskristaller kan låta som något ur science fiction, men de hämtar sin inspiration från naturligt förekommande kristaller, såsom diamanter eller bordssalt.

Nobelpristagaren Frank Wilczek föreslog först idén om tidskristaller 2012. Du kan tänka på traditionella kristaller som 'rumskristaller.' Kolatomer som utgör en diamant, till exempel, bildar ett gittermönster i rummet som är mycket svårt att bryta upp.

Wilczek funderade på om det skulle vara möjligt att skapa en kristall som var lika välorganiserad, förutom i tid istället för i rum. Även i deras vilostad, skulle atomerna i ett sådant tillstånd inte bilda ett gittermönster, utan skulle röra sig eller förändras i en evig cykel - som en GIF som loopar för evigt.

Wilczeks ursprungliga koncept visade sig vara omöjligt att skapa, men under åren sedan dess har forskare skapat faser av materia som kommer ganska nära.

Exempelvis använde fysiker 2021 Googles Sycamore-kvantdator för att skapa ett speciellt nätverk av atomer. När teamet gav dessa atomer en stöt med en laserstråle genomgick de fluktuationer som upprepades flera gånger.

Upptäck det senaste inom vetenskap, teknik och rymden med över 100 000 prenumeranter som förlitar sig på Phys.org för dagliga insikter. Registrera dig för vårt gratis nyhetsbrev och få uppdateringar om genombrott, innovationer och forskning som spelar roll - dagligen eller veckovis.

I den nya studien försökte Zhao och Smalyukh se om de kunde uppnå en liknande bedrift med flytande kristaller.

Smalyukh förklarade att om du klämmer på dessa molekyler på rätt sätt kommer de att gruppera sig så tätt att de bildar kinks. Förvånansvärt nog rör sig dessa kinks runt och kan till och med, under vissa förhållanden, bete sig som atomer.

'Du har dessa vrister, och du kan inte lätt ta bort dem,' sa Smalyukh. 'De beter sig som partiklar och börjar interagera med varandra.'

I den nuvarande studien kavaj Smalyukh och Zhao en lösning av flytande kristaller mellan två glasbitar som var belagda med färgmolekyler. På egen hand satt dessa prover mestadels stilla. Men när gruppen träffade dem med en viss typ av ljus ändrade sig färgmolekylerna sin orientering och pressade flytande kristaller. I processen bildades plötsligt tusentals nya kinks.

Dessa kinks började också interagera med varandra efter en otroligt komplex serie steg. Tänk dig en sal fylld med dansare i en Jane Austen-roman. Par bryts isär, snurrar runt salen, kommer tillbaka tillsammans, och gör om det igen. Mönstren i tiden var också ovanligt svåra att bryta - forskarna kunde höja eller sänka temperaturen på sina prover utan att störa rörelsen hos de flytande kristallerna. 'Det är skönheten med denna tidskristall,' sa Smalyukh. 'Du skapar bara några förhållanden som inte är så speciella. Du lyser med ljus, och hela grejen händer.' Zhao och Smalyukh säger att sådana tidskristaller kan ha flera användningsområden. Regeringar skulle till exempel kunna lägga till dessa material i sedlar för att göra dem svårare att förfalska - om du vill veta om den där $100-sedeln är äkta, bara lys på 'tidsvattenmärket' och se mönstret som dyker upp. Genom att stapla flera olika tidskristaller kan gruppen skapa ännu mer komplicerade mönster, vilket potentiellt skulle kunna tillåta ingenjörer att lagra stora mängder digital data. 'Vi vill inte sätta någon begränsning på tillämpningarna just nu,' sa Smalyukh. 'Jag tror det finns möjligheter att driva denna teknik i alla möjliga riktningar.' Mer information: Hanqing Zhao et al, Space-time crystals from particle-like topological solitons, Nature Materials (2025). DOI: 10.1038/s41563-025-02344-1 Journalinformation: Nature Materials Tillhandahålls av University of Colorado at Boulder