量子力学:这是科学领域,在这儿 没什么是正常的 ,一切似乎都 动摇了我们对现实的共同理解的根基 。尽管如此,我们这些普通人仍在继续前行。

不过,那些以敢于直视深渊并探寻其神秘奥秘为傲的量子物理学家,刚刚又发现了另一个令人费解的现象,能让你的脑子‘宕机’:‘负时间’。

正如 一项尚未经过同行评审的研究 所详述的,被《科学美国人》 报道,一组研究人员称,他们观察到光子因所谓的原子激发而呈现出这种怪异的时间行为。

正如 《科学美国人》 所解释的,实质上发生的情况是,当光子射向一团原子时,它们貌似在 进入之前 就离开了介质。相信我们,我们跟你一样迷糊。

“负时间延迟或许看起来有些矛盾,但它所指的是,倘若你打造一个‘量子’时钟来衡量原子处于激发态的时长,在某些情形下,时钟指针会朝后移动而非向前,”多伦多大学的约西亚·辛克莱(Josiah Sinclair)向该杂志表示,他早期的实验为这项研究奠定了基础,不过他并未直接参与。

光子——构成我们所知晓的可见光的无质量粒子——能够被其穿过的原子所吸收。当这种情况出现时,它们所携带的能量会致使原子的电子跃迁至更高的能量状态。这就是我们之前提到的原子激发。

但原子也能够去激发,回归基态。其中一种情形是能量以光子的形式再度发射。对于观察者来说,这看起来就像穿过介质的光被延迟了。

据研究人员所说,他们很震惊,对于在这种延迟期间单个光子实际的情况,竟然没有“专家共识”。

“当时,我们都不确定答案到底是什么,而且我们觉得像这样一个关于如此基础事物的基本问题,应该是很容易回答的。”

所以,跟任何优秀的科学家一样,他们开展了一系列实验。

在这些研究中,光子脉冲被射向接近绝对零度的原子云。而奇怪的现象就出现在这里:在光子未被吸收而通过的情况下,他们发现超冷原子被激发的时长恰好与它们实际吸收光子时的时长相同。

相反,在光子被吸收的情况下,它们会即刻被重新发射,或者赶在超冷原子去激发之前。

这里并没有违反任何物理定律。实际情况是,当光子激发原子时——或者换句话说,当它们应该被原子吸收时——它们以某种方式穿过原子云的速度要比原子未受影响时快。由于光子不携带信息,因果关系仍然完好无损,《科学美国人》指出。

但量子层面所涉及的内在不确定性让整个过程充满神秘色彩。也就是说,存在“叠加”这一现象,其中像光子这样的量子粒子可以同时处于两种不同的状态。对于测量它们何时进入及离开介质的探测器而言,这意味着光子既可以产生正值,也可以产生负值。从而出现负时间的情况。

研究人员表示,这并未改变我们对于时间的理解。另一方面,他们在研究中写道,至少就光学领域而言,负时间对于光子的传输确实具有“比通常所认为的要多的物理意义”。