**認識『時間』嗎?**

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﹝量子引力,又稱量子重力,是刻畫對重力場進行量子化的理論,屬於萬有理論之一隅;首要嘗試結合廣義相對論與量子力學,為當前的物理學尚未解決的問題。當前主流嘗試理論有:超弦理論、迴圈量子引力理論、聲學類比模型。﹞

 

                      **認識『時間』嗎?**

 

時間駕馭著你無形的世界空間,它如影隨形,滴滴答答跳個不停,總或者在內心裏感覺到它!在日出日落的時候~在一樣平凡生活裏逐漸的會議裡~搭乘車和在做各種事故的最後期限即將到來的時候~~~你都能夠在自己心臟的跳動中感覺到它的存在。

 

時間憑藉著由過去、現在和未來這樣的劃分,為生活引入了先後順序,對我們來說是最為領會的。可是當你試圖精確地瞭解它的時候,就會發現它隻是一連串層出不窮、難以解釋的疑問。何故時間顯得總是在流動,又是什麼使它與空間相區別的呢?時間終究是什麼?...

 

許多的物理學家們也不停在雀躍去理解時間畢竟是什麼,他們甚至不能徹底肯定時間終究可否存在。在他們對宇宙探索更為粗淺的理論時,一些研究人員日趨懷疑,時間並非是人造世界的根蒂根基特徵,而僅僅是我們感覺的人為產物。

 

一組研究人員最近發現了一種量子物理學研究行動,它不需要援引時間,這種研究行動或者幫助我們安頓一條不需時間概念的全體理論的研究路線。如果正確,此種行動揭示時間其實隻是人們的幻覺,那麼人類或者就需要從新去考慮宇宙的這個重大的系統空間...

 

幾十年來,物理學家不停在探索著把愛因斯坦的廣義相對論(它刻畫大規範上的引力理論)與量子力學(它刻畫極小規範下的粒子行為)彼此協調的一種新的引力量子理論。研究的所以如此困難的的緣故緣由在於,它們兩者是以兩個彼此並不相容的時間觀點為基礎的。

 

位於加拿大安大略省滑鐵盧的園周物理研究所的李斯莫林(Lee Smolin)說,我愈來愈置信,時間的問題既是量子引力理論,又是宇宙學的關鍵。

 

根據廣義相對論,時間與空間一起構成了四維時空。時間通道不是絕對的——不存在宇宙時鐘,它會讓宇宙的鐘點會在滴答聲中流逝。正好相通,從某個參照體系的框架下的進入到另一個框架時,時間是不一緻的,一個觀察者體驗為時間,而另一個觀察者則體驗為是時間和空間的混合物。

 

對愛因斯坦來說,時間是對事物運行的一種實用的襟懷參數,沒有什麼特別的。在量子力學裏卻不是這樣來看這個問題。在量子力學裏,時間發揮著關鍵性的感化,它跟蹤了時刻在變化著的用來解釋微觀世界的各種概率,而這些概率已被編碼為量子系統的波函數。

 

波函數所隨之演變的那個時鐘,它反應的不是在某個非凡參考框架下的時間,而偏偏是愛因斯坦千方百計要去颠覆的那個絕對時間。

 

由此可見,儘管相對論把時間和空間作為一個整體來處理,而量子力學卻把宇宙分紅兩個全部:即一個是正在觀察的量子系統,另一個是量子系統的外部經典世界。

 

在這斷裂的宇宙裏,時鐘總是逗遛在量子系統之外的。事實上,宇宙是沒有任何外部的,根據定義,就揭示著量子力學應該予以放棄對許多情況,這個定義揭示時間不是根蒂根基的。

 

20世紀90年代的物理學家朱利安力把伯(Julian Barbour)就建議過時間絕對不能存在於研究宇宙的量子理論當中。雖然如此,物理學家們不願意拋棄量子理論,因為已被證明,量子理論對不少物理現象都能夠做出很是準確的預測。物理學家們需要一種不要時間的量子力學的研究行動。

 

法國馬賽大學的物理學家卡洛羅威利(Carlo Rovelli) 的創造正在於此。在過去的一年裏,他和他的共事們拟定了一個行動,或者把時間上的少許子事務壓縮成為或者用沒有時間參考體系來刻畫的單一事務。這是一個令人感興趣的成績。雖然羅威獨霸來處理時間的行動隻是許多種行動裏的一種,任務在量子引力的其它模型上的其它研究人員對此問題也或者存在差距的見識,但是幾乎悉數研究這個問題的物理學家都認為,時間是找到終極理論的關鍵性障礙。

 

羅威利的行動宛若隻是差一點點就或者克制這一障礙了。他所用的模型是創設在加州大學聖巴巴拉分校的物理學家詹姆斯哈特爾(Santa Barbara)的廣義量子力學的研究以及羅威利本人在量子系統早期任務的基礎之上的。羅威利的想法是:如果我們有個以自旋(一種量子屬性,依據差距的測量偏袒其值為向上向下)為特點的電子。

 

好比說,我們要做兩次連貫的自旋測量,一個是在x偏袒,另一個在y偏袒。測量或者結果的概率將依賴於執行測量的序次。這是因為一次測量會潰逃波函數的不確定狀態,而促使它置於設定的狀態。第一次測量會改變粒子的狀態,它影響了第二次的測量結果。

 

好比說,我們已經曉得電子在 x 偏袒是向上自旋的。如果要在測量了x偏袒的自旋後,接著就測量y偏袒的自旋,我們就會發現原來在x偏袒上的向上沒有起變化,但是在y偏袒上的自旋就有了50:50向上向下的比例而不再確定。可是如果先測量的是y偏袒上電子的自旋,則它對x偏袒的自旋的測量結果同樣也會產生了不確定的擾動。也便是說,在向上向下兩個測量偏袒上都會產生出了各有50:50的概率。

 

如果測量在時間上的從新分列改變了電子自旋的概率,那麼我們怎樣才智計算事務序列的概率而不再參照時間呢?

 

羅威利說,關鍵在於改變宇宙中處於在觀察當中的量子系統和經典外部世界(測量裝置通常被認為是安設在經典外部世界裏)之間的分界線。把這個分界線移位,我們就或者把測量裝置也包羅為量子系統的逐一切。在這種情況下,我們不再問電子的自旋向上和自旋向下的概率為幾許?而是問:發現測量裝置處於非凡狀態的概率有幾許?

 

這時測量裝置就不再使波函數坍縮,而是電子和測量裝置在一起,合營為一個單一的波函數所刻畫,隻有整個組合的單一測量才會引發波函數的坍縮。時間到那裏去了?時間的演變已經轉變為空間中或者觀察到的事務之間的彼此關係。

 

羅威利說:用一個相類似的比擬,比方,我或者告訴你,我驅車從波士頓出發先經過芝加哥再經過丹佛到達洛杉磯。這裏我是在時間裏來敍述事務的。可是我也或者告訴你,我是沿著地圖上的所標的路線驅車從波士頓驅車到洛杉磯的。這樣我就把前一種刻畫中關於測量在時間中的發生的資訊替換成了可觀察的事務彼此如何聯繫的詳細資訊。

 

羅威利的研究行動產生量子力學的正確概率宛若或者證明他的直覺知識是正確的,這種直覺知識便是或者把宇宙動力學描繪為有彼此關係事務的網路,而不再是時間中的演變。

 

澳大利亞悉尼大學的物理哲學家德格爾斯(Dean Rickles)說:羅威利的研究任務使沒有時間的觀點成為更為可信,愈加與標準的物理學的觀點相一緻。把量子力學從新寫成與時間無關的形式,再與廣義相對論結合起來就不那麼費勁了,這時取得的宇宙就沒有什麼需要以時間為根蒂根基量了。可是如果時間並不存在,為什麼我們會這樣宛若清楚清楚無誤地感覺到它呢?畢竟時間是不是僅是幻覺呢?

 

羅威利說情況確是這樣,但這裏有一個物理解釋。十多年以來,他與巴黎法蘭西學院數學家阿蘭孔涅(Alain Connes)一起任務,認識到為什麼沒有時間的現實世界會導緻時間概念的出現呢?他們把這種設想稱為熱時間假設,此種假設揭示時間是作為統計效應而出現的,與此相類似,將大群分子的運動加以均勻就取得溫度的概念。

 

原則上,我們或者跟蹤每一個分子在每時每刻的地位和動量,從而獲得在這個環境裏微觀狀態的總體知識。此時,並不存在所謂的溫度;與此相通,而我們所存在的隻是分子千變萬化的分列。但是跟蹤實際狀態下的悉數的資訊是不可行的,但我們或者把微觀表現均勻起來使之構成一個宏觀的刻畫。我們或者凝集關於分子動量的部門資訊成為一個單一的量,它們的均勻值,這便是我們常說的溫度。

 

根據阿蘭孔涅和羅威利的理論,上面的假設,通常來說也或者用於宇宙。這時,我們就要跟蹤更多的成分,我們不僅要跟蹤需要處理物質的粒子,并且還要跟蹤空間本人及引力。在我們把這些浩瀚的微觀安頓均勻化以後,所出現的宏觀特徵就不是溫度,而是時間了。

 

羅威利進一步說:時間的流動實際上是不存在的,存在著時間的流動隻是我們對現實很是類似的認識。他還說:時間是我們無知的結果。時間的流動實際上是不存在的,它隻是我們對現實的類似的瞭解。感知的時間流動,隻是我們對實際的很是類似的認識。時間是我們無知的結果。

 

『宇宙時間』在紙面講講這些理論宛若聽起來都很不差,但有沒有任何證據來說明這種想法是正確的呢?阿蘭孔涅和羅威利採用簡單的模型試驗他們的假設。他們從尋找彌漫在六合面的宇宙微波靠山(CMBcosmic microwave background的簡寫)輻射來開始研究,宇宙微波靠山的輻射是宇宙大爆炸後所遺留下的餘熱。

 

宇宙微波靠山隻是統計狀態的例子:均勻了它的各個細節,我們或者說,宇宙微波靠山輻射實際上是均勻的,它的溫度還不到3K。羅威利和阿蘭孔涅把它作為宇宙統計狀態的一個模型,加進其它的資訊如或者觀察到的宇宙的半徑等,他們祈望能觀察到有什麼明顯的時間流程會產生。他們所取得的是刻畫一個小宇宙的一序列的狀態,若把這一序列的狀態擴大與標準宇宙方程所刻畫的徹底不異的式樣時,其結果正好與物理學家所稱為的宇宙時間是相匹配。

 

羅威利說:我感觸很震驚!孔涅也是這樣,他獨頓時思考著相類似的想法,并且很是驚訝地看到或者這個結論在一個簡單的計算中任務。為了把熱時間的假設用於宇宙,不管怎樣物理學家們還是要用到量子引力理論。儘管如此,用宇宙微波靠山那樣的簡單模型所產生實際可行的結果是有發展前程的。

 

羅威利說:量子引力的一個表率的困難之一在於理論上怎樣理解不再出現時間變數,在這裏,我們開始看到,沒有時間變數的理論不僅依舊或者講得通,并且實際上它也能夠刻畫我們自己都能看到的、存在于我們周圍的現實世界。更彌留的是,熱時間假說供給了另一個有趣的結果:如果時間隻是這個世界統計刻畫的一個人為製品,那末,對這個世界差距的刻畫應該會導緻差距的時間流。確實存在著一個很清楚清楚的情況:存在著事務視界。

 

一個觀察者在作減速率運動時,他創建了一個作為一條分界線出現的事務視界,這個事務視界在宇宙中劃出一個區域,隻有觀察者繼續加快,那末從這個區域裏發出的光線就永遠也不能達到他。這個觀察者所描繪出宇宙統計狀態與另一個沒有事務視界的觀察者所描繪出徹底差距,因為他正在取得離開他的事務視界之外的資訊,他所感覺到的時間流動,應該由此而有所差距。

 

可是利用廣義相對論,也有別的行動來刻畫他(作減速率運動的觀察者)對時間的體驗。由他安歇的空間-時間幾何(決定於他的視界),確定了一個所謂本征時間——如果他攜帶著一個時鐘的話就會記錄下這個時間流。

 

熱時間假設預言觀察者的本人時間與觀察者的統計時間(即根據阿蘭孔涅和羅威利的思維所提出的時間)的比值,便是觀察者所測量到的在他周圍的溫度。每一個事務視界都有一個與它有聯繫的溫度。最聞名的例子便是黑洞的這個事務視界,與這個事務視界有聯繫的溫度便是黑洞所發射的霍金輻射溫度。同樣地一個在作減速率運動的觀察者所測量到的溫度與人們熟知的盎魯輻射是有一定的聯繫的。

 

由於羅威利和阿蘭孔涅所導出的溫度與黑洞的盎魯輻射溫度和霍金輻射的溫度是相适宜,從而進一步鞏固了他們的假設。義大利羅馬大學的物理學家皮埃爾馬丁內蒂(Pierre Martinetti)說:熱時間假說的確是很是都雅的思維。但我認為它的實施依舊是有限制的。目前,人們隻是在時間觀念已經無效時,隻是驗證了羅威利和阿蘭孔涅的假設並不自相矛盾。但是它還沒有應用到量子引力理論中去。

 

其它一些人極力主張在採用悉數的行動來解釋時間性質的時候,需要特別謹慎。裏格爾斯(Rickles)說,說時間是幻覺是錯誤的。儘管時間的觀念是可變形的或者或許诟谇根蒂根基的。可是來自人的頭腦活動的意識總不能僅僅是幻覺吧。所以如果時間真的被證明诟谇根蒂根基的,我們為它要做出的又是什麼呢?

 

羅威利說:對我們來說,時間是存在的,并且還在流動著,其要點在於這個都雅的流動在微觀世界裏變得更為複雜。在現實的最深層次上,我們依舊不曉得,時間可否將會經久不衰,還是要像薩爾瓦多達利時鐘那樣會逐漸地融化掉。或許像羅威利和其它人所認為的那樣,時間徹底隻是一個觀點而不是現實中的一個性質,隻是你對現實正在掉落資訊的結果。

 

所以,當你試圖真正瞭解什麼是時間的時候,如果感觸傷透腦筋,就請你不妨放鬆一下吧!即便你真的認識到時間或者會簡單地掉落的時候,也許你也隻能是這個樣子吧!

 

          

 

“超距傳送研究元年”——1993年,以查理斯·貝內特(Charles Bennett)、吉爾斯·布拉沙德(Gilles Brassard)和克洛德·克雷波(Claude Crépeau)為首的國際研究組撰文指出“量子超距傳送”並非粒子的遠距離轉移,而是粒子狀態的遠距離再現,並對這一過程進行了刻畫,從而為“超距傳送”奠基了末真個基礎。具體說來,在克裏克艦長“以量子舉措”從“企業”號太空船傳送至遙遠星球的過程中,並未發生物質的轉移,克裏克艦長的身體起首在出發點進行分解,然後在指标地根據傳送而來的粒子資訊獨霸指标地的物質進行重組...

 

科學和空想終於在1993年合二為一!科學明確了《星際迷航》中“企業”號艦載人員所利用的超距傳送系統的具體原則。可是連續劇中顯得再也人造不過的事故,在現實當中卻遠沒有那麼肯定:如何才智同時獲得構成人體的悉數粒子的資訊?如何能夠對粒子資訊進行倏地傳遞?粒子資訊傳遞能否在遠距離上實現?粒子資訊足以讓被傳送者的軀體在指标地自動重組嗎?

 

貝內特等人於1993年實現的報告的革命性之處就在於(至少在全部程度上)為這些問題的解答供給了科學依據。而這首要得益於物質的量子本色,也便是說即便沒有物質的轉移,即便我們不曉得傳送的是何種粒子狀態,一個物質粒子的狀態仍舊或者根據物質的量子本色傳遞給另一個粒子。

 

1993年報告仍規模於理論階段,超距傳送尚需在實踐中實現。這一目標於1997年得以實現,由安東·齊林格(Anton Zeilinger)領導的奧天時因斯布魯克大學研究組實現了首次物理超距傳送,將一顆粒子的狀態傳遞給幾毫米之外的另一顆粒子。雖然傳送的隻是一顆光子的偏振本色,但這足以說明超距傳送不僅是或者的,并且是確實或者實現的!

 

不過,光線並不屬於物質,對於物質粒子也能實現超距傳送嗎?2004年,印度國家科學技術研究所(NIST)的科研人員對此給出了肯定的答複,他們敗北地將一顆鈹原子的狀態傳送到幾毫米之外……隻不過,原子與大件物品仍有區別,是以雖然平居原子超距傳送的距離或者用米來計算(於2009年實現的成績),但並不能說明能對體積更大的物體進行超距傳送。

 

2006年,由歐仁·波爾齊克(Eugène Polzik)領導的丹麥哥本哈根尼爾斯·玻爾學院研究組敗北地對由10個銫原子構成的氣體的狀態進行了傳送。既然人體也是由原子構成的,我們宛若已經或者預見“克裏克艦長呼叫基地,將我傳送至阿卡普爾科星!”這一幕實現的那一天。可是問題在於,通過這種技術進行傳送的隻是“傳統物體”(比方茶杯或克裏克艦長)所不具備的非凡量子本色。極端是粒子能夠處於“疊加”的量子狀態,比方說粒子的自旋可同時指向多個偏袒。能夠以量子舉措進行傳送的僅僅是有關粒子疊加狀態的資訊。

 

開發需要等待三百年!粒子的疊加狀態人造不是人體應該擁有的,難道克裏克艦長能在向左轉的同時也向右轉?是以,疊加狀態在人類的一樣平凡生活中沒有任何意義。如果我們要以量子舉措對克裏克艦長進行傳送,起首必須使其進入疊加狀態。這不僅是無法做到的,并且會破壞克裏克艦長的“傳統”結構,使其在傳送開始已往就發生崩解。這是因為,使構成傳統物體的粒子進入疊加狀態意味著使其丟失原有的狀態,從而摧毀物體的結構(外形、組織等),總之量子傳送對傳統物體並不適用。

 

法國呂米尼理論物理外圍的卡洛·羅威利(Carlo Rovelli)顯露:“錯誤之處就在於我們所稱的量子傳送同《星際迷航》中的傳送技術相去甚遠。”量子傳送技術的革命性更多體現在另一方面,那便是未來的超級機器——能夠同時進行海量“疊加”計算的量子電腦很有或者得以問世。就現有技術材幹而言,傳遞所需時間將是宇宙年齡的2400倍,並需破耗3億噸的能源(相當於30000顆原子彈)!儘管如此,美國空軍報告依舊預計超距傳送技術將在200300年之後投入實際應用。

 

美國空軍感興趣的人員超距傳送應該通過傳統途徑加以實現。卡洛·羅威利解釋說:“其實我們隻有通過電話向通話對方刻畫物體的結構,然後由後者對物體進行複製,就能實現傳統物體的超距傳送了。”丹麥奧爾胡斯大學量子物理學家奧雷利安·丹坦(Aurélien Dantan)證實說:“我們需要一個原子接一個原子地對物體進行刻畫,比方把這顆氧原子放在這顆碳原子旁邊……”由此,量子傳送必將讓位于傳統超距傳送。

 

可是這樣一來又有新的問題出現。美國空軍2004年報告指出,傳統超距傳送需要傳遞(比方通過無線電波)的資訊數量太過龐大,以克裏克艦長的軀體為例,要對以精確舉措構成身體的1028顆原子加以刻畫,需要傳遞1022吉位元組(Gb)的資訊。

 

    

 

《星級迷航》中的企業號超距傳送研究元年”——1993年,以查理斯·貝內特(Charles Bennett)、吉爾斯·布拉沙德(Gilles Brassard)和克洛德·克雷波(Claude Crépeau)為首的國際研究組撰文指出量子超距傳送並非粒子的遠距離轉移,而是粒子狀態的遠距離再現,並對這一過程進行了刻畫,從而為超距傳送奠基了末真個基礎。具體說來,在克裏克艦長以量子舉措企業號太空船傳送至遙遠星球的過程...







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