知识科普：从量子物理角度理解时间本质

weichi2000

一项新的研究表明，时间可能不是宇宙的基本元素，而是量子纠缠产生的幻觉。

对于物理学家来说，时间是一个棘手的问题;它与我们最好的宇宙理论之间的不一致行为导致了僵局，使研究人员无法找到“万物理论”或解释宇宙中所有物理学的框架。

但在这项新研究中，研究人员表示，他们可能已经找到了解决这个问题的线索：通过使时间成为量子纠缠的结果，量子纠缠是两个相距遥远的粒子之间的奇怪联系。

“有一种方法可以引入时间，它既符合经典定律，又符合量子定律，并且是纠缠的表现形式，”第一、意大利国家研究委员会的物理学家亚历山德罗·科波（Alessandro Coppo）说。“时钟和系统之间的相关性创造了时间的出现，这是我们生活中的一个基本组成部分。在量子力学中，我们关于微观世界的最佳理论，时间是一种固定的现象——从过去到现在的无情的单向流动。它仍然在它所测量的奇异且不断变化的量子系统之外，并且只能通过观察外部实体（例如时钟指针）的变化来看到。

然而，根据爱因斯坦的广义相对论——它描述了更大的物体，如我们的身体、恒星和星系——时间与空间交织在一起，可以在高速或重力存在下扭曲和膨胀。这使我们两个最好的现实理论陷入了根本的僵局。没有解决，一个关于一切的连贯理论仍然遥不可及。

“量子理论似乎存在严重的不一致，”科波说。“这就是我们所说的时间问题。

为了解决这个问题，研究人员转向了一种称为佩奇和伍特机制的理论。该理论于1983年首次提出，该理论认为，一个物体的时间是通过与另一个物体的量子纠缠而出现的。另一方面，对于一个不纠缠的系统来说，时间是不存在的，系统认为宇宙是冻结的和不变的。

通过将佩奇和伍特斯机制应用于两个纠缠但不相互作用的理论量子态——一个是振动谐波振荡器，另一个是一组充当时钟的微小磁铁——物理学家发现他们的系统可以用薛定谔方程完美地描述，薛定谔方程预测量子物体的行为。然而，为了代替时间，他们这个著名方程式的版本是根据充当时钟的微小磁铁的状态运行的。

这种见解并不新鲜，但团队的下一步是。他们重复了两次计算，首先假设磁钟和谐波振荡器是宏观（更大）的物体。他们的方程简化为经典物理学的方程，表明时间的流动是纠缠的结果，即使对于大尺度的物体也是如此。

“我们坚信，正确和合乎逻辑的方向是从量子物理学开始，了解如何达到经典物理学，而不是相反，”科波说。

其他物理学家也表达了谨慎的态度。尽管发现佩奇和伍特斯机制对于时间的量子起源来说是一个令人着迷的想法，但他们表示，它还没有产生任何可测试的东西。

“是的，将世界时视为量子场和3D空间量子态之间的纠缠在数学上是一致的，”牛津大学量子信息科学教授Vlatko Vedral没有参与这项工作，他告诉Live Science。“然而，没有人知道这幅画是否会带来任何新的或富有成效的东西——比如对量子物理学和广义相对论的修改，以及相应的实验测试。

尽管存在这些疑问，但从量子力学中建立从头开始的时间理论可能是一个很有希望的起点——只要它们能够适应实验。

“也许纠缠在其中发挥了作用，”纽约罗切斯特大学的理论物理学家亚当·弗兰克（Adam Frank）说。“也许理解时间的唯一方法不是从上帝的视角，而是从内部，从询问生命是什么体现了世界的这种表象的角度。