時間,或許只是宇宙給你制造的錯覺
誰敢相信,我們?nèi)粘8惺艿降摹皶r間”,在宇宙的底層其實根本不存在?
最近,物理學家為了探究時間的本質(zhì),竟親手打造了一個“迷你小宇宙”,而實驗的結(jié)果,可能會徹底顛覆你對這個世界的認知。
物理學的終極矛盾:時間去哪兒了?
在物理學界,時間一直是個讓人頭疼的問題。你看,量子力學把時間當作外部背景,在著名的“薛定諤方程”中,左邊的“t”就是時間,代表萬物的狀態(tài)會隨著時間而改變。然而,廣義相對論卻明確指出,時間會隨著引力而發(fā)生扭曲,全宇宙根本就沒有統(tǒng)一的、絕對的時鐘。
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當科學家們試圖強行將兩者融合,推導出能描述整個宇宙的“惠勒-德維特方程”時,恐怖的問題出現(xiàn)了:宇宙包含了萬事萬物,在宇宙之外,根本沒有另外一個“系統(tǒng)外的時鐘”來為其計時。方程推導出來的結(jié)果,竟然把時間這一項硬生生給“拔掉”了,等式右邊變成了零!
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這意味著,在宇宙的最底層,時間徹底消失了。從整個宇宙的上帝視角來看,萬事萬物的發(fā)生似乎本就不該有先后順序。
熵:隱藏在混亂中的“時間箭頭”
既然宇宙底層沒有時間,那我們真真切切感受到的過去、現(xiàn)在和未來,到底是誰在排序呢?這就要提到熱力學第二定律了。這一定律表明,一個孤立系統(tǒng)的混亂度(也就是“熵”)會不斷增加,這正是所謂的“時間箭頭”。
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因此,理論物理學家們提出了一個大膽的猜想:會不會是因為系統(tǒng)之間有“熵”在流動,時間才作為一種關(guān)系“涌現(xiàn)”了出來?
把“小宇宙”劈成兩半的驚人實驗
為了驗證這個瘋狂的猜想,英國的物理學家團隊在《物理評論研究》上發(fā)表了一項堪稱神作的實驗。他們將大約24000個銣原子冷卻到只比絕對零度高出十億分之幾度,形成了一團超冷原子云,以此來模擬一個沒有外部時間且總能量守恒的封閉宇宙。
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接著,他們用一道極薄的激光作為勢壘,把這個“迷你宇宙”劈成兩半。一半是儀器負責觀測的“明區(qū)”,另一半則是假裝看不見的“暗區(qū)”。原子的物質(zhì)波會穿過激光墻,在明暗兩區(qū)之間進出。當原子涌入明區(qū)時,原子云就會膨脹,這就如同小宇宙的“大爆炸”;而原子流失時,原子云就會收縮,如同宇宙的“大擠壓”。
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顛覆認知的真相:時間是由“混亂”制造的
接下來的終極挑戰(zhàn)是,如何在“不看時間”的前提下,去測量時間?科學家們刻意拿掉了分析連續(xù)影像時的實驗室時間參數(shù),僅僅通過觀察明區(qū)里原子數(shù)量、質(zhì)心位置以及散布的寬度,來計算局部區(qū)域的“熵”變化。
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雖然整個迷你小宇宙的總混亂度保持不變,但明暗兩區(qū)卻在互相交換混亂度。科學家將這種局部混亂度的流動作為指標,寫成了一個全新的數(shù)學參數(shù)——“熵時間”。
令人震驚的是,這個純粹基于熵所推導出的時間,極其準確地將“大爆炸”到“大擠壓”的演化順序排得清清楚楚!而當激光勢壘調(diào)高,原子無法穿透,混亂度不再交換時,這個“熵時間”在數(shù)據(jù)上也隨之完全停止。
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最絕的是,科學家把這個“熵時間”套回那個原本沒有時間項、右邊等于零的宇宙方程里,成功推導出了一個新版的“熵時間薛定諤方程”。在這個新方程中,誕生了一個依賴熵的動態(tài)系數(shù)。只要熵還在流動,就會有能量的泵浦效應(yīng);要是熵停止流動,新方程就會退化回普通的薛定諤方程。
這完美地證明了:就算在一個忽略外部時間參數(shù)的模型里,依然可以用內(nèi)部的“熵時間”來精準還原并預測量子的演化。
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這也深刻地暗示著,宇宙的最底層,大概率就是一個沒有時間的狀態(tài)。
我們所經(jīng)歷的過去與未來,不過是因為我們這些次系統(tǒng)在互相碰撞、交換混亂度時,所產(chǎn)生的一種“時間的錯覺”罷了。
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