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原創(chuàng) 科技工作者 科技工作

研究人員考慮了愛(ài)因斯坦相對(duì)論之外的量子效應(yīng)，對(duì)時(shí)間的性質(zhì)作出了新預(yù)測(cè)——一種被稱(chēng)為“疊加”的量子力學(xué)現(xiàn)象會(huì)影響高精度時(shí)鐘的計(jì)時(shí)。

                             

                                 量子力學(xué)對(duì)原子鐘的影響，導(dǎo)致了量子時(shí)間膨脹。

《自然通訊》雜志當(dāng)?shù)貢r(shí)間10月23日發(fā)文稱(chēng)，美國(guó)達(dá)特茅斯學(xué)院（DC）、圣安瑟姆學(xué)院（SAU）和圣克拉拉大學(xué)（SCU）的研究人員在物理學(xué)理論研究方面取得突破。

他們考慮了愛(ài)因斯坦相對(duì)論之外的量子效應(yīng)，對(duì)時(shí)間的性質(zhì)作出了新預(yù)測(cè)——一種被稱(chēng)為“疊加”的量子力學(xué)現(xiàn)象會(huì)影響高精度時(shí)鐘的計(jì)時(shí)。

“疊加”是指原子在同一時(shí)間以一種以上狀態(tài)存在的能力。它會(huì)導(dǎo)致原子鐘的修正，即量子時(shí)間膨脹。

“每當(dāng)開(kāi)發(fā)出更精確的時(shí)鐘，人類(lèi)就會(huì)對(duì)世界有新的認(rèn)識(shí)?！盨AU物理學(xué)助理教授、DC兼任助理教授、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Alexander Smith說(shuō)，“量子時(shí)間膨脹是量子力學(xué)和愛(ài)因斯坦相對(duì)論的結(jié)果，這為基礎(chǔ)物理相關(guān)研究創(chuàng)造了新的可能性?！?/p>

20世紀(jì)初，愛(ài)因斯坦“繪制”了關(guān)于時(shí)間和空間的革命性圖景。他指出，時(shí)鐘經(jīng)歷的時(shí)間取決于它“滴答”跳動(dòng)的速度。這完全背離了牛頓提出的“時(shí)間絕對(duì)概念”。

量子力學(xué)是控制原子領(lǐng)域的運(yùn)動(dòng)理論。在量子力學(xué)領(lǐng)域，時(shí)鐘仿佛是以?xún)煞N不同速度同時(shí)運(yùn)動(dòng)——這就是速度的“量子疊加”。Smith等考慮了這種可能性，并提出了計(jì)時(shí)的概率理論，從而引出了量子時(shí)間膨脹的預(yù)測(cè)。

碳年代測(cè)定法是借助原子的衰變確定有機(jī)物年齡的方法。類(lèi)似的，被激發(fā)原子的壽命就像一臺(tái)時(shí)鐘。如果這樣一個(gè)原子以不同速度疊加運(yùn)動(dòng)，它的壽命將發(fā)生改變——具體取決于以一定速度運(yùn)動(dòng)的原子的疊加性質(zhì)。原子壽命的修正尺度是非常微觀(guān)的，人類(lèi)還無(wú)法對(duì)其進(jìn)行合理測(cè)量。

然而，一旦科學(xué)家能夠解釋這種效應(yīng)，就能用最先進(jìn)的原子鐘來(lái)測(cè)量量子時(shí)間膨脹。研究人員表示，雖然該研究在理論方面取得了巨大進(jìn)展，但想要完全理解量子時(shí)間膨脹還為時(shí)過(guò)早。

編譯：雷鑫宇

審稿：西莫

責(zé)編：陳之涵

期刊來(lái)源：《自然通訊》期刊編號(hào)：2041-1723

原文鏈接：

https://phys.org/news/2020-10-timekeeping-theory-combines-quantum-clocks.html

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