量子世界中的“模糊时间”

量子世界中的“模糊时间”指在结合量子力学与广义相对论时,测量时间的能力存在根本性限制,时钟越精确,所测时间流逝就越模糊,时间显示不再明确。具体阐述如下:

研究背景与提出:在日常生活中,人们习惯认为物体属性可被无限精确了解。但在量子力学里,海森堡不确定性原理对物理性质对(如时钟的能量和时间)的可知精度提出基本限制。2017年3月9日,维也纳大学和奥地利科学院的理论物理学家结合量子力学和爱因斯坦的广义相对论,证明了测量时间的能力有根本限制,特定时钟越精确,所测时间流逝越“模糊”,研究结果发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)。

量子世界中的“模糊时间”

量子力学中的限制:根据量子力学,时钟越精确,其能量的不确定性就越大,任意精确的时钟在其能量方面都会有无限的不确定性。例如,若要制造一个能精确到极小时间间隔的时钟,从量子力学角度看,这个时钟的能量状态就无法被精确确定,会在一个较大的能量范围内波动。

广义相对论的影响:广义相对论预测时间的流动会因质量或能量源的存在而改变,这种效应被称为“引力时间膨胀”。与物体能量较小的情况相比,在能量较大的物体附近,时间会变慢。比如,地球附近的卫星,由于距离地球远近不同,受到地球引力不同,时间流逝速度也存在差异,靠近地球的卫星时间流逝相对更慢。

两种理论结合产生“模糊时间”:结合量子力学和广义相对论的原理,当有一个非常精确的时钟时,依据量子力学其能量不确定性很大;再根据广义相对论,能量不确定性越大,时钟邻近区域时间流动的不确定性就越大。最终导致摆放在一起的时钟必然会互相干扰,使得时间流逝变得“模糊”。例如,在实验室中放置多个高精度时钟,由于它们自身的能量不确定性以及相互之间的引力影响,每个时钟所显示的时间会出现一定程度的偏差和模糊,无法精确统一。

局限性的普遍性:这种测量时间的局限性是普遍存在的,与时钟的底层机制或制造时钟的材料无关。无论是使用原子钟、光学钟还是其他类型的时钟,只要涉及到对时间的精确测量,都会受到量子力学和广义相对论共同作用的这种限制。

对时间本质看法的影响:该研究结果表明,当考虑量子力学和广义相对论时,需要重新审视对时间本质的看法。传统观念中时间是一个均匀流逝、可被精确测量的概念受到了挑战,在量子世界和广义相对论的框架下,时间具有了新的特性,其测量存在根本性的模糊性。