科学家发现光的“负时间”现象 量子物理再添奇观(图)

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“负时间”真的存在?量子实验引发科学热议;图为示意图。(图撷取自freepik)

加拿大多伦多大学的科学家最近有了惊人发现:光竟然可以“提前离开”它进入的物体!这个被称为“负时间”的现象,再次挑战了我们对时间的认知,展现了量子世界的神奇魅力。这项研究成果已于近日发表在科学预印本平台arXiv上。

科学新闻网站《Science Alert》报导,在量子物理中,许多现象超出我们日常经验的理解,如光子(photon)既可表现为粒子也可作为波,甚至有“远距作用”的现象。而现在,多伦多大学的安古洛(Daniela Angulo)带领的研究团队,发现了另一个奇特现象:光子竟然可以在超低温原子云中停留“负时间”光子可以“提前”穿过冷却原子云,似乎以“负时间”离开物质。

多伦多大学的物理学家斯坦伯格(Aephraim Steinberg)在社交平台X上表示,他们的实验观测到光子能使原子似乎在“负时间”内保持激发状态。这意味著,光子看似在尚未进入物体前便已离开了,挑战了我们对时间的基本认知。

这项研究灵感来自2017年,当时斯坦伯格与他的博士生约辛克莱(Josiah Sinclair)对光与物质的互动产生了浓厚兴趣,特别是“原子激发”(atomic excitation)现象。简单来说,当光子穿过物质时,原子会吸收光子并进入激发状态,随后再释放光子恢复原状。原本,科学家认为这个过程的时间应该总是正数,但实验结果却显示,有时光子似乎在“负时间”内完成这一过程。

实验团队利用极冷的铷(rubidium,一种柔软、银白色的硷金属元素,原子序数为37)原子进行了测试,意外发现有时候即便光子未被吸收,原子依然会进入激发状态;而当光子被吸收后,它似乎瞬间被重新发射,快于预期,仿佛光子早已穿过了原子云。这一现象促使科学家与澳洲格里菲斯大学的怀斯曼(Howard Wiseman)教授合作,提出了新的理论,解释时间在量子世界中并不总是按照我们熟悉的方式运行。

虽然这个发现不意味著我们能够改变时间或回到过去,但它揭示了量子世界中的时间概念远比我们想像的更为複杂。斯坦伯格教授指出,这一研究为我们了解光子与物质之间的相互作用打开了新的大门,也可能促进未来量子技术的发展。

这项研究结果尚需更多科学家进行进一步验证,但它再次证明了量子世界充满著无限的奥秘,每次新的发现都让我们更接近理解宇宙的根本法则。

 

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