宇宙有一个与时钟相似的基本特征,它的时钟运行与我们最好的原子钟相互作用。新浪科技新闻北京时间7月20日,据国外媒体报道,科学家的最新研究表明,宇宙中最小的时钟单位可能比我们想象的要大,而且宇宙有一个类似时钟的基本特征,它的时钟运行与我们最好的原子钟相互作用。
这样的观点有助于科学家进一步做实验,解释宇宙中的一切,并形成一个整体框架,从而使20世纪物理学的两大支柱理论————量子力学和爱因斯坦的相对论——协调一致。量子力学可以观察宇宙中最小的物体,而爱因斯坦的相对论描述了宇宙中较大质量物体的引力效应。
我们大多数人都能感觉到时间的流逝,但时间是什么?
美国宾夕法尼亚州立大学的物理学家马丁波约瓦德说:“我们无法描述时间的流逝。我们只知道事物随时间而变化,我们用时间来描述事物的变化过程。”
他强调物理学在时间概念上有两种相互矛盾的观点。一种理论源于量子力,它把时间作为一个永不停止并以稳定速度流动的参数来燃烧;另一个理论来自相对论,它揭示了当两个观察者以不同的速度运动时,时间可能会收缩或膨胀。这两种理论对事件的时间跨度变化有不同的看法。
在大多数情况下,这种差异并不特别重要。量子力学和爱因斯坦相对论所描述的独立领域几乎没有重叠,但是一些天体,如黑洞,将巨大的质量凝聚成一个难以置信的小空间。没有量子引力理论,黑洞无法被完全描述。
在量子引力的某些版本中,时间本身是量子化的,这意味着它是由离散的单位组成的,即基本的时间周期。就像宇宙包含了一个势场,它为宇宙中的一切设定了最小的时钟频率。这有点像著名的希格斯场,它产生希格斯玻色子,希格斯玻色子为其他粒子提供质量。但是对于这个宇宙时钟,它提供的是时间而不是质量。
通过建立这样一个通用时钟模型,博约瓦德和他的同事们可以证明它对人类制造的原子钟有一定的影响。人类建造的原子钟通过利用一些原子的振动为我们提供了最好的时间测量。根据这一模型,原子钟的滴答声有时与通用时钟不同步。
这将有助于限制原子钟测量时间的准确性,这意味着两个不同的原子钟最终可能在时间跨度的计算上有所不同。目前,根据最好的原子钟的运行条件,我们可以将宇宙钟的最小单位设置为10 (-19)秒。这份最新的研究报告发表于6月19日出版的《物理评论快报》。
比利时布鲁克斯自由大学(Brooks Free University)的量子物理学家埃斯特万卡斯特罗鲁伊斯(Esteban Castro Ruiz)没有参与这项研究,他表示,他们的最新研究已经获得了一个理论上可以测量的实际边界,这非常神奇,这意味着宇宙钟的单位尺寸可以确定。
这种类型的研究通常非常抽象,所以我们对观察量子引力的具体结果感兴趣,这意味着该理论将在未来的某一天得到验证。(叶青城)