一种被认为只能用量子物理学来理解的物质新阶段，可以用简单得多的经典方法来研究。来自剑桥大学的研究人员使用计算机建模来研究被称为热前离散时间晶体（DTCs）的潜在物质新相。人们认为，热前离散时间晶体的特性依赖于量子物理学：在亚原子尺度上统治粒子的奇怪规律。然而，研究人员发现，基于经典物理学的更简单的方法，可以用来理解这些神秘的现象。
"我们认为时间晶体从根本上说是量子现象，但事实证明，更简单的经典方法让我们对它们有了更多的了解。"- 安德烈-皮齐
了解这些新的物质阶段是朝着控制复杂的多体系统迈出的一步，这是一个长期的目标，具有各种潜在的应用，如复杂量子网络的模拟。这些研究成果在《物理评论快报》和《物理评论B》的两篇联合论文中作了报告。
当我们发现新事物时，无论是一个星球、一种动物，还是一种疾病，我们可以通过越来越仔细地观察它来了解它。首先尝试较简单的理论，如果它们不起作用，就尝试更复杂的理论或方法。
"这就是我们认为的热前DTC的情况，"剑桥大学卡文迪什实验室的博士生Andrea Pizzi说，他是两篇论文的第一作者。"我们认为它们从根本上是量子现象，但事实证明，更简单的经典方法让我们对它们有了更多的了解。"
DTC是高度复杂的物理系统，关于它们不寻常的特性仍有许多东西需要学习。就像一个标准的空间晶体如何打破空间翻译对称性，因为它的结构在空间的每个地方都不一样，DTC打破了独特的时间翻译对称性，因为当周期性地"摇晃"时，它们的结构在每次"推动"时都会发生变化。
"你可以把它想成是父母在操场上推着秋千上的孩子，"Pizzi说。"通常情况下，父母推孩子，孩子会荡回来，然后父母再推他们。在物理学上，这是一个相当简单的系统。但是，如果在同一个操场上有多个秋千，如果秋千上的孩子们彼此牵手，那么这个系统将变得更加复杂，而且可能出现更多有趣的、不那么明显的行为。预热DTC就是这样一种行为，在这种行为中，原子的作用有点像秋千，例如，每隔第二或第三次推动才'回来'。"
DTC在2012年首次被预测，它开辟了一个新的研究领域，并且已经被研究了各种类型，包括在实验中。其中，预热DTC是相对简单的实现系统，它们不会像通常预期的那样迅速加热，而是在很长一段时间内表现出时间结晶行为：它们被摇动得越快，就存活得越久。然而，人们认为它们依靠的是量子现象。
"发展量子理论是很复杂的，即使你能做到，你的模拟能力通常也是非常有限的，因为所需的计算能力大得惊人，"Pizzi说。
现在，Pizzi和他的合著者已经发现，对于热前DTC，他们可以避免使用过于复杂的量子方法，而是使用更便利的经典方法。这样一来，研究人员可以以更全面的方式模拟这些现象。例如，他们现在可以模拟更多的基本成分，获得与实验最相关的场景，如二维或三维。
研究人员使用计算机模拟，研究了许多相互作用的自旋--就像秋千上的孩子--在一个周期性磁场的作用下--就像推动秋千的父母--使用经典的哈密尔顿动力学。由此产生的动力学以一种整齐而清晰的方式显示了热前DTC的特性：在很长一段时间内，系统的磁化以大于驱动力的周期进行振荡。
"令人惊讶的是这种方法是如此的干净，"Pizzi说。"因为它允许我们看更大的系统，它使发生的事情非常清楚。与我们使用量子方法时不同，我们不必与这个系统打交道来研究它。我们希望这项研究将确立经典哈密顿动力学作为大规模模拟复杂多体系统的合适方法，并在研究非平衡现象方面开辟新的途径，热前DTC只是其中一个例子"。