新的实验限制了尽可能小的时间增量

2020-07-16 10:18:37

可以想象的最小时间长度可能不超过万亿分之一秒。这是根据一项描述宇宙含义的新理论得出的结论,该理论具有一种基本的钟状属性,其滴答声将与我们最好的原子计时器相互作用。

这样的想法可以帮助科学家更接近于做实验,这些实验将阐明一种新的万物理论,这是一个总体框架,将协调20世纪物理学的两大支柱-量子力学和阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)的相对论,前者研究现存的最小物体,后者描述了最大质量的物体。

我们大多数人都有一些时间流逝的感觉。但是时间到底是什么呢?

“我们不知道,”宾夕法尼亚州立大学大学公园分校的物理学家马丁·博乔瓦尔德(Martin Bojowald)告诉Live Science。“我们知道情况在变化,我们用时间来描述这种变化。”

他补充说,物理学呈现出两种相互矛盾的时间观。一种源于量子力学,认为时间是一个永远不会停止稳定流动的参数。另一种源自相对论,它告诉科学家,对于两个以不同速度移动的观察者来说,时间可以收缩和扩大,他们会对事件之间的跨度意见不一。

在大多数情况下,这种差异并不是特别重要。量子力学和相对论所描述的独立领域几乎没有重叠。但是,某些物体-比如黑洞,将巨大的质量凝聚到一个令人难以置信的微小空间-如果没有一个称为量子引力的万物理论,就不能完全描述。

在量子引力的一些版本中,时间本身是量子化的,这意味着它将由离散的单位组成,这将是基本的时间周期。这就好像宇宙包含一个潜在的场,它为里面的一切设定了最小滴答率,有点像著名的希格斯场,它产生了希格斯玻色子粒子,它增加了其他粒子的质量。但对于这个万能时钟来说,“它提供的不是质量,而是时间,”博乔瓦尔德说。

通过对这样一个万能时钟进行建模,他和他的同事们能够证明,它将对人类建造的原子钟产生影响,这种原子钟使用某些原子的钟摆状振荡来提供我们对时间的最佳测量。根据这个模型,原子钟的滴答声有时会与万能钟的滴答声不同步。

这将限制单个原子钟的时间测量精度,这意味着两个不同的原子钟最终可能在一段时间跨度的问题上存在分歧。考虑到我们最好的原子钟彼此一致,并且可以测量小到10^(负19)秒,或者说十亿分之一秒的滴答声,根据该团队的论文,基本的时间单位不能大于10^(负33)秒。这篇论文发表在6月19日的“物理评论快报”(Physical Review Letters)杂志上。这篇论文发表在6月19日的“物理评论快报”(Physical Review Letters)上。该团队的论文发表在6月19日的“物理评论快报”(Physical Review Letters)上。

“我最喜欢这篇论文的是模型的整洁,”埃斯特班·卡斯特罗-鲁伊斯(Esteban Castro-Ruiz)告诉Live Science,他是比利时布鲁克塞尔自由大学的量子物理学家,没有参与这项工作。“他们得到了一个原则上可以衡量的实际界限,我觉得这很令人惊讶。”

他补充说,这类研究往往非常抽象,所以很高兴看到量子引力的具体结果,这意味着有一天这一理论可能会受到测试。

研究人员在他们的论文中说,虽然验证这样一个基本时间单位的存在超出了我们目前的技术能力,但它比之前的提议(如普朗克时间)更容易获得。据今日宇宙报道,从基本常数得出的普朗克时间将把最微小的可测量刻度设定在10^(负44)秒,即十亿分之一秒。

是否存在比普朗克时间更短的时间还有待讨论,因为量子力学和相对论都不能解释低于这个时间尺度发生的事情。卡斯特罗-鲁伊斯说:“在这些单位之外谈论时间是没有意义的,至少在我们目前的理论中是这样。”

因为宇宙本身一开始是一个微小空间中的大质量物体,然后迅速膨胀,Bojowald说,宇宙学观测,比如仔细测量宇宙微波背景,这是宇宙大爆炸的遗迹,可能有助于将基本时间段限制在更小的水平。

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