量子物理学家刚刚发现了“负时间”的证据

科学家们早就知道，光有时会在进入一种物质之前出现在物质外 —— 这种效应被认为是波被物质扭曲造成的错觉。

现在，多伦多大学的研究人员通过创新的量子实验表示，他们已经证明“负时间”不仅仅是一个理论概念 —— 它存在于有形的、物理的意义上，值得更仔细的研究。

这项尚未发表在同行评议期刊上的研究结果，既引起了全球的关注，也引起了怀疑。

研究人员强调，这些令人困惑的结果突出了量子力学的一个奇特的怪癖，而不是我们对时间的理解的根本转变。

“这是一个棘手的问题，即使我们和其他物理学家讨论这个问题也是如此。我们一直被误解，”多伦多大学专门研究实验量子物理学的教授埃弗莱姆·斯坦伯格（Aephraim Steinberg）说。

虽然“负时间”这个词听起来像是科幻小说里的一个概念，但斯坦伯格为它的使用进行了辩护，希望它能引发对量子物理学奥秘的更深入讨论。

激光实验

几年前，该团队开始探索光与物质之间的相互作用。

当光粒子或光子穿过原子时，一些被原子吸收，然后重新发射。这种相互作用改变了原子，在它们恢复正常之前，暂时使它们处于更高的能量或“激发态”。

在丹妮拉·安哥拉（Daniela Angulo）领导的研究中，研究小组开始测量这些原子处于激发态的时间。斯坦伯格解释说：“这个时间是负数”，意思是持续时间小于零。

为了使这个概念具体化，想象一下汽车进入隧道：在实验之前，物理学家认识到，虽然一千辆汽车的平均进入时间可能是中午，但第一批汽车可能会更早一些，比如上午11点59分。这一结果此前被认为毫无意义。

安哥拉和他的同事们所证明的类似于在最初几辆车出现后测量隧道内的一氧化碳水平，结果发现读数前面有一个负号。

相对论完好无损

这些实验是在一个杂乱的地下室实验室里进行的，实验室里布满了电线和铝包裹的设备，花了两年多的时间来优化。使用的激光必须仔细校准，以避免扭曲结果。

不过，斯坦伯格和安哥拉很快澄清：没有人声称时间旅行是可能的。斯坦伯格说：“我们不想说任何东西在时间上倒退。”“这是误解。”

量子力学给出了解释，在量子力学中，像光子这样的粒子以模糊的概率方式运动，而不是遵循严格的规则。

这些相互作用不是遵循固定的吸收和再发射时间线，而是在可能的持续时间范围内发生 —— 其中一些与日常直觉不符。

关键的是，研究人员说，这并不违反爱因斯坦的狭义相对论，该理论认为没有任何东西可以比光更快。这些光子不携带任何信息，避开了任何宇宙速度限制。

一个有争议的发现

“负时间”的概念既吸引了人们的兴趣，也引起了人们的怀疑，尤其是来自科学界的知名人士。

德国理论物理学家萨宾·霍森菲尔德（Sabine Hossenfelder）在YouTube上的一段视频中批评了这项工作，该视频的浏览量超过25万人，他指出：“这个实验中的负时间与时间的流逝无关 —— 它只是描述光子如何在介质中传播以及它们的相位如何移动的一种方式。”

安哥拉和斯坦伯格反驳说，他们的研究解决了理解为什么光并不总是以恒定速度传播的关键空白。

斯坦伯格承认，围绕他们论文的挑衅性标题存在争议，但他指出，没有严肃的科学家对实验结果提出质疑。

“我们已经选择了我们认为是一种富有成效的方式来描述结果，”他说，并补充说，尽管实际应用仍然难以捉摸，但这些发现为探索量子现象开辟了新的途径。

他承认：“老实说，我目前还没有从我们一直在寻找的应用程序中找到一条路径。”“我们会继续考虑这个问题，但我不想让人们抱太大希望。”

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