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时间的本质是幻觉?
发布时间:2024/4/25  阅读次数:616  字体大小: 【】 【】【

   时间的本质是幻觉?

   原创  量子君  量子科学  2024-04-23 贵州

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人类从自然界中最常见的现象——太阳的方向变换、月亮的盈亏以及四季的轮回中,逐渐抽象出了时间的观念。但当我们深入探究时,却惊讶地发现,时间的本质依然如一个未解之谜,令人费解。

甚至像牛顿这样的科学巨匠,对于时间的理解也显得相对浅显。在他的理论体系中,时间更多地被看作是一个用于描述物体运动状态的参数。他与我们普通人一样,都持有一种观点,认为时间是没有开始和结束的,它如同一只永不停歇的箭,从未知的过去匀速飞向现在,再向未知的未来持续前进。在这种观念下,整个宇宙的时间被视为是统一的,它并不会因为观察者的参照系变化而有所改变。这种对时间的绝对观念,在我们大多数人的思维中仍然根深蒂固。

然而,随着爱因斯坦相对论的提出,这种绝对时间的观念开始受到了挑战。爱因斯坦的相对论向我们揭示了一个深刻的真理:时间和空间并非仅仅是描述物体运动的抽象参数,它们会随着物体加速运动而发生变化。这一理论打破了时空的绝对性,它告诉我们没有一个统一的时间标准,每个物体的时间流逝速度和刻度都可能不同。时间其实是一个相对的物理量,不同参考系下的人观察同一个时间点,可能会得到截然不同的时间信息。著名的“双生子悖论”就是一个很好的例证。

这个悖论描述了一对双胞胎兄弟,其中哥哥乘坐接近光速的宇宙飞船去旅行,当他回到地球时,发现自己仍然年轻,而留在地球上的弟弟却已经老去。当然,目前我们还没有技术能制造出接近光速的飞船,所以这个悖论还停留在思想实验的层面。但与我们日常生活息息相关的GPS卫星系统,却已经用实际行动验证了相对论的时间观念。

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根据狭义相对论的原理,物体的运动速度越快,其时间流逝就越慢。因此,当我们在地球上观察GPS卫星时,会发现它携带的时钟比地球上的时钟走得要慢一些,每天大约会慢7微秒。而根据广义相对论的原理,物质的质量会造成时空的弯曲,质量越大、距离越近,时空的弯曲程度就越严重,时间的流逝也会变得更慢。由于GPS卫星距离地面大约2万千米,受到地球质量的影响,地球表面的时空弯曲程度要比GPS卫星所在的时空更加严重。

因此,在GPS卫星上的时钟相对于地球上的时钟会走得更快一些,每天大约会快45微秒。当我们同时考虑狭义相对论和广义相对论的影响时,会发现GPS卫星上的时钟每天实际上会比地球上的时钟快大约38微秒。这个时间差异虽然微小,但却至关重要。如果我们的导航系统不能准确地调整这个时间差异,那么夜间导航时可能就会发生严重的定位错误,甚至可能导致车辆坠崖等严重后果。

接下来,让我们来谈谈另一个令人震惊的实验——双缝干涉实验。这个实验向我们揭示了一个令人难以置信的现象:一个电子竟然可以同时通过两个狭缝!这意味着在同一时刻,电子可以出现在两个不同的位置!这显然违反了我们对时间和空间的传统理解。在经典物理学中,一个物体不可能在同一时刻出现在两个不同的位置。然而,在量子力学中,这种看似不可能的现象却成为了可能。当然,这种现象只在我们不进行观察时才会发生。一旦我们对电子进行观察,它就会立刻从波态坍缩为粒子态,这种同时出现在两个位置的现象就会立刻消失。

这些关于时间的奇特现象可能会让人感到困惑和头晕。但正是这种对未知的探索和挑战,推动了科学的不断进步和发展。

更为神奇的是,有些实验甚至表明现在的事件可以影响过去的事件。这听起来可能有些不可思议,但在量子力学的世界里,这种可能性却是存在的。

这个令人惊奇的实验就是双缝干涉实验的升级版——双缝干涉延迟实验。在这个实验中,科学家们使用了一个涂有半镀银的反射镜来代替传统的双缝装置。当光子射向这个反射镜时,它有一半的概率会通过反射镜,而另一半的概率则会被反射。这个过程是一个完全随机的量子过程,与光子选择通过双缝还是单缝的原理是相似的。

通过将反射镜和光子的入射途径摆成45度角,科学家们发现光子有可能被直接反射,也有可能被反射成90度角。然后,他们使用另外的全反射镜将这两条分开的路径再次交汇到一起,并在终点观察光子飞来的方向。这样,他们就可以确定光子究竟是沿着哪一条路径飞来的。

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然而,当科学家们在终点处再插入一块呈45度角的半镀银反射镜时,他们发现了一个令人惊讶的现象:光子表现出了自我干涉的特性。通过仔细调整相位,科学家们可以使得在一个方向上的光子呈反相而相互抵消,而在另一个确定的方向上输出。这意味着每次实验都得到一个确定的结果:光子必定同时沿着两条路径而来!

这个实验最令人震惊的地方在于它的延迟性。科学家们可以在光子已经通过第一块反射镜并即将到达终点时,再决定是否插入半反射镜。这意味着他们可以在事情发生后再来决定它应该怎样发生!换句话说,“现在事件”可以决定“过去事件”!

双缝干涉延迟实验不仅打破了我们对时间的传统理解,还揭示了微观世界中时间与因果律的复杂性。在这个世界里,“现在”与“过去”的界限变得模糊不清,时间的箭头似乎失去了方向。这一发现对我们理解宇宙的本质和时间的作用具有重要意义,也为我们探索未知世界提供了新的视角和思考方式。

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