Theoretici geloven dat als kristallen bestaan in een driedimensionale ruimte, dezelfde kristallen ook in de tijd kunnen bestaan.
Symmetrie is een van de fundamentele concepten in de moderne natuurkunde. Het gaat veel verder dan de grenzen van de gewone ruimtelijke symmetrie en, in eenvoudige bewoordingen, bestaat het erin de werking van bepaalde eigenschappen van het systeem onder bepaalde transformaties te behouden.
Het maakt bijvoorbeeld niet uit hoe het systeem in de ruimte is georiënteerd, de wet van behoud van momentum blijft er voor werken - dit is hoe de symmetrie van de ruimte zich manifesteert. Evenzo manifesteert zich bij het transformeren van (uitzend) tijd de wet van behoud van energie voor het systeem. In het algemeen komt, in overeenstemming met de stelling van Noether, een bepaalde behoudswet overeen met elk type symmetrie. Het kan worden geformuleerd en vice versa, symmetrisch: behoudswetten zijn een gevolg van fundamentele symmetrie.
Er zijn echter een aantal gevallen bekend en dat het universum geen symmetrie vertoont, wat naar het schijnt voortvloeit uit enkele fysische wetten en principes. Dit fenomeen staat bekend als spontane symmetriebreking: asymmetrische eindtoestanden verschijnen in een systeem dat wordt beschreven door symmetrische wetten en voldoet aan symmetrische beginvoorwaarden.
Het meest opvallende voorbeeld van symmetrie zijn de bekende kristallen met hun zeer geordende rangschikking van deeltjes. Bovendien kan het kristallisatieproces van de oplossing zelf een zeer treffend voorbeeld worden genoemd van spontane symmetriebreking. In een oplossing zijn de deeltjes chaotisch gerangschikt en bevindt het hele systeem zich op een minimaal energieniveau. De interacties tussen deeltjes zijn symmetrisch met betrekking tot rotaties en afschuifkrachten. Nadat de vloeistof is gekristalliseerd, ontstaat er echter een toestand waarin beide symmetrieën worden verbroken: de interactie tussen deeltjes in het kristal is niet symmetrisch.
Kristallen en hun ruimtelijke symmetrie zijn goed bestudeerd - maar pas recentelijk werkten onderzoekers Al Shapere en Nobelprijswinnaar Frank Wilczek in de VS of de vorming van dergelijke periodiek geordende structuren niet in de ruimte, maar in de tijd, structuren, tijdens de vorming waarvan dezelfde spontane symmetriebreuk optreedt. Wetenschappers zijn tot een positief antwoord gekomen op deze vraag - en het is helemaal niet verwonderlijk dat ze dergelijke structuren "tijdkristallen" noemden.
Met behulp van complexe wiskundige berekeningen toonden de auteurs de mogelijkheid aan van het bestaan van een systeem op een minimaal energieniveau, dat door de vorming van bepaalde periodieke structuren niet in de ruimte, maar in de tijd tot een asymmetrische eindtoestand zou komen - het "kristal van tijd". Op een niveau dichter bij ons kan dit zich manifesteren in de vorm van periodieke veranderingen in bepaalde thermodynamische eigenschappen van het systeem.