时间是量子纠缠创造的幻觉

　　时间究竟是什么，几百年来一直困扰着物理学家。但一项新的理论模型提出，它可能只存在于量子物体纠缠当中。

　　时间可能并不是我们物理现实的基本要素。新的计算为这一观念提供了佐证，认为时间产生于量子纠缠，即两个物体紧密相连，以至于无论相隔多远，干扰一个物体都会扰乱另一个物体。

　　“几个世纪以来，时间一直被认为是物理学中不可质疑的基本要素。它如此根植于我们的现实概念中，以至于人们认为……根本不需要定义时间，”意大利国家研究委员会的Alessandro Coppo说。但到了 20 世纪，量子物理学以及广义相对论和狭义相对论的理论对时间提出了相互矛盾的观点，这才开始改变这种观念。

　　广义相对论认为，时间融入了宇宙结构中——我们的物理现实存在于时空之中。根据该理论，在引力的作用下，时间可以弯曲和膨胀。但量子理论将时间视为一种不可塑性的东西，不会像量子物体的其他性质那样发生变化——记录其流逝需要一个观察者参考外部的时钟。

　　广义相对论和量子理论描述了星体和原子等规模相差很大的物体，但由于这些物体都存在于同一个宇宙中，许多物理学家认为，对时间的理解应该在它们之间保持一致。Coppo和他的同事们就开始寻找这种单一的观念。

　　为了达到目的，他们对 20 世纪 80 年代的一个新奇且有希望的想法进行了多项数学测试。其核心观点是，当我们看到一个物体随着时间而发生变化时，那是因为该物体与一个时钟纠缠在一起。这意味着，作为一个真正外部的观察者，站在纠缠系统之外，会看到一个完全静止、不会发生变化的宇宙。在此框架内，时间不是给定的，而只是纠缠的一个结果。

　　在他们的数学模型中，Coppo和他的同事将时钟表示为一个由理论微小磁铁构成的系统，这些磁铁与一个量子振荡器(弹簧的量子版本)纠缠在一起。研究人员选择这些模型是因为它们在数学上很容易理解，因此可以进行明确的理论测试，并为以后可能的实验测试奠定基础。

　　他们发现，他们的系统可以用著名的薛定谔方程的一个版本来描述，该方程用于预测量子粒子的行为——但有一个关键的区别。薛定谔方程中包含一个变量，我们称之为时间，而新方程有一个变量，它枚举磁铁的量子态。

　　然后，研究人员重复了同样的计算，但假设磁铁和振荡器的尺寸足够大，以至于不会受到量子效应的影响。他们认为，即便对于看起来更像经典物体而非量子物体的物体，时间也可能是纠缠的结果。而他们是对的。他们的方程与物理学家自 19 世纪以来一直用来预测包括保龄球滚动等简单经典物体行为的方程相匹配。但即便如此，标记振荡器行为的每个阶段的变量仍然是量子纠缠的副产品。

　　英国利兹大学的Basil Altaie表示：“他们正在桥接量子时间和经典时间。”他说，研究人员研究了一个具体且特定的系统，并想出了一个与传统时间相匹配的变量，这甚至可能意味着我们应该考虑时间的唯一方式就是它源自量子性。

　　Coppo和他的同事们也持这种观点——纠缠只存在于量子理论中，而他们的研究表明时间的唯一性由此产生。“我们相信自然本质上是量子的，”他说。

　　这意味着，如果我们感知时间的流逝，那么物理世界中就存在某种纠缠。而且，按照某些理论认为的那样，一个不存在纠缠的宇宙中的观察者在其最初阶段——什么都看不到变化。一切都将是静止的。

（示意图）

　　现在最大的问题是，我们是否能够验证任何这些想法。牛津大学的Vlatko Vedral表示，时间产生于量子纠缠的想法很有希望，但我们可能还需要更多细节，才能完全理解时间究竟是什么——并开始进行实验研究。他说，首先，这项研究假设两个纠缠的系统不会相互作用，但这可能并不总是现实的。

　　Vedral说，时钟和其他物体甚至可能需要相互作用才能纠缠在一起。理解当这两个物体不断相互作用时，由此产生的时间类型会发生什么变化，对于制定可检验的量子引力理论进一步至关重要。