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如上圖所示，傳統(tǒng)準晶體以三維空間形式存在。不過，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，時空準晶體理論上也可能存在。

準晶體是一種性質(zhì)頗為怪異的材料，和晶體一樣，這種材料的結(jié)構(gòu)也相當(dāng)有序，但又沒有晶體那樣的規(guī)律重復(fù)模式。科學(xué)家早已在隕石和第一次原子彈測試的碎片中發(fā)現(xiàn)了準晶體。而現(xiàn)在，他們從理論上發(fā)現(xiàn)，準晶體甚至可以進入一個更加奇怪的領(lǐng)域：愛因斯坦狹義相對論中的時空融合框架。

物理學(xué)家認為，在宇宙中，準晶體結(jié)構(gòu)不僅可以以二維、三維的空間形式存在，而且可以成為連接時間和空間的橋梁。相關(guān)論文于2026年1月提交到了預(yù)印本平臺上。

雖然準晶體是理論概念，但研究人員認為，時空準晶體或許真會在自然界中出現(xiàn)，甚至可能是支撐整個宇宙的底層結(jié)構(gòu)。

晶體這種結(jié)構(gòu)的最大特征是自我重復(fù)。如果你復(fù)制某個晶體，再把復(fù)制品疊放到原晶體上面，會發(fā)現(xiàn)各個節(jié)點都能嚴絲合縫地匹配起來。你可以把這個過程想象成貼瓷磚或者貼壁紙。而準晶體，雖然它們的結(jié)構(gòu)也相當(dāng)有序，但并不存在這樣的完全自我重復(fù)特征。

晶體和準晶體都是確實存在于真實世界的數(shù)學(xué)概念，通常出現(xiàn)在二維或三維材料中。不過，時空準晶體并不必然存在。英國布里斯托大學(xué)理論物理學(xué)家菲利克斯·弗里克爾（Felix Flicker）說：“我原本感覺，時空準晶體大概是不成立的，但現(xiàn)在好像已經(jīng)有同行構(gòu)想出來了。他們構(gòu)造的這種結(jié)構(gòu)是時空中最優(yōu)雅的事物。”

雖然準晶體沒有自我重復(fù)的特征，但它們的有序結(jié)構(gòu)意味著準晶體的各個部分都具有相似的特性。如果有一只螞蟻坐在某個準晶體的某一部分上，它看到的準晶體結(jié)構(gòu)與另一只螞蟻在不同位置看到的應(yīng)該相似。不過，這是日常世界中的準晶體，到了時空領(lǐng)域，還存不存在這樣的性質(zhì)？

時空遵循的是洛倫茲對稱性。這種對稱性意味著，無論你是坐著不動還是以接近光速的速度運動，看到的事物性質(zhì)都應(yīng)該是不變的。舉例來說，各種物理定律都應(yīng)該遵守洛倫茲對稱性：無論觀測者運動得多快，其適用的物理定律總是不變的。

然而，洛倫茲對稱性不適用于正常晶體和我們之前所知的那些準晶體：坐著不動的螞蟻看到的晶體結(jié)構(gòu)會與以接近光速運動的螞蟻看到的不同。而在相對論框架下，高速運動的觀測者會看到物體明顯變短，也即運動速度扭曲了物質(zhì)結(jié)構(gòu)。

不過，研究人員構(gòu)想出的這些新時空準晶體倒是遵循洛倫茲對稱性。無論是坐著不動的螞蟻，還是坐在加速上升的火箭上的螞蟻，看到的這種時空準晶體都是一樣的。

這些研究人員在高維點格網(wǎng)絡(luò)中截取四維切片，再將各個點投射到這些四維切片上，通過這種數(shù)學(xué)方法構(gòu)造出時空準晶體的概念。這種四維切片的斜率是無理數(shù)——一種不能寫成由兩個整數(shù)構(gòu)成的分數(shù)的數(shù)，圓周率π就是一個無理數(shù)。而斜率為無理數(shù)則意味著這些四維切片永遠不會與原本那個高維點格網(wǎng)絡(luò)上的點相交，這就保證了一定會產(chǎn)生永遠不重復(fù)的結(jié)構(gòu)。

準晶體原本是一個數(shù)學(xué)概念，但研究人員發(fā)現(xiàn)它的確存在于某些現(xiàn)實材料結(jié)構(gòu)中，并且可能存在于其他任何地方。加拿大滑鐵盧圓周研究所的索迪里斯·米格達拉斯（Sotiris Mygdalas）說：“我們生活的時空可能就是一個準晶體。”他表示，時空準晶體可能與某些量子引力理論相關(guān)。這些理論認為，在非常小的尺度上，時空會分解成一個個點。而準晶體結(jié)構(gòu)就是一種能在遵守洛倫茲對稱性前提下分割時空的框架。

此外，研究人員還研究了能否把這種時空準晶體應(yīng)用于弦理論——這種理論把基本粒子描述成微小的振動弦，并且提出宇宙可能有十個維度。據(jù)此，弦理論的支持者一般會認為，既然我們?nèi)粘Ｉ钣谄渲械挠钪嬷挥腥齻€空間維度和一個時間維度，那么剩下的六個維度一定蜷曲到了非常小的程度，導(dǎo)致我們無法與其發(fā)生相互作用。

而準晶體恰恰提供了一種全部十個維度都蜷曲起來的方法，且同時還能保證看似無盡的時空還是我們現(xiàn)在感受到的樣子。只要像構(gòu)建數(shù)學(xué)準晶體那樣，截取斜率為無理數(shù)的切片，便能從蜷曲的空間中構(gòu)建出無限的時空。

當(dāng)然，這一切目前都還只是初步構(gòu)想，究竟是否能成功還需要更多扎實工作驗證，提出者自己也稱這些想法“半生不熟”。

即便尚不成熟，時空準晶體的概念也無疑是有吸引力的。羅格斯大學(xué)理論物理學(xué)家格里高利·摩爾（Gregory Moore）稱：“時空準晶體的概念在數(shù)學(xué)上十分美妙，雖然在物理上還屬于高度猜想，但無疑值得深入探索。”

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