浙江
一项由加拿大多伦多大学和澳大利亚格里菲斯大学团队完成的实验表明，当光子穿过由冷铷原子构成的原子“车流”时，居然可以“晚出发、早到达”，从统计意义上看等于在原子介质中经历了“负时间”。 研究人员通过精密测量发现，那些在整体光脉冲中率先抵达探测器的光子，如果追溯它们在原子云中的停留，就会得到一个“负”的平均停留时间，这一结果进一步凸显了量子尺度上时间概念的怪异与模糊。
在经典直观中，信息在真空中的传播速度固定为每秒约30万公里，这是所谓的因果“极限速度”；光子作为无质量粒子/波动，在真空中也必须严格遵守这一上限。 当在传播路径中引入原子等介质时，光子会与原子发生散射或相互作用，从而造成整体脉冲看上去被“拖慢”，但这通常被理解为路径被折腾得更加曲折，而非真正突破因果速度。 直觉上，人们预期一束光脉冲穿过原子介质时，应如上下班高峰的车流那样，有早到的“早鸟”、也有晚到的“掉队者”，整体形状只是在时间轴上整体后移。
然而自上世纪90年代起，实验物理学家就陆续报告过一个反直觉现象：对比一束在真空中行进的光脉冲与一束穿过介质的光脉冲，有时介质中的那一束，其脉冲“峰值”竟然会比真空中的峰值更早到达探测器。 这并不意味着有哪一粒光子跑得比真空中更快，而是脉冲整体形状在介质中被“重塑”，使得统计意义上的“高峰”向前移动。 一种解释认为，光子与原子的相互作用在统计上投下了类似“影子”，改变了输出脉冲的分布，使原本集中在中段的光子向前段偏移，从而令峰值“抢跑”。
在最新研究中，科学家希望排除这类“宏观重塑”的干扰，从更微观的层面直接评估光子在介质中的时间特征。 为此，团队没有简单地盯着光脉冲的输入输出波形，而是转向“旁观”那团处于超低温的铷原子云，通过测量原子被激发后处于激发态的持续时间，间接推断与之发生相互作用的光子在介质中“待了多久”。 这类测量极其敏感，需要通过大量重复实验，把环境噪声对原子精细量子行为的干扰平均掉，从而获得可靠的统计结果。
分析显示，从统计意义看，那些在整体脉冲中“早到打卡”的光子，确实对应着在原子介质中经历了“负时间”的测量结果。 这当然并不意味着它们真正掉进某种虫洞、从未来“穿越”回来了，也并没有任何因果律被打破；物理学家强调，在这一过程里，空间—时间结构并未撕裂，因果秩序依然保持一致。 真正被“拉伸”的，是量子层面上的时间这一物理量本身，就像其他量子可观测量一样，在精细尺度上呈现出模糊和概率云的特征。
背后的理论框架仍然离不开海森堡不确定性原理：当你把某些物理量（例如能量）的测量做到极高精度时，与之成对的不确定量（如时间）便被迫变得更模糊。 在光子与原子发生相互作用的过程中，双方的能级出现类似“共振”状态，如同家长推着秋千、节奏严丝合缝；在这种情形下，能量可以被限定得极为精确，而时间这个维度则被迫放松，测量结果在量子波动中被“抹开”，于是就可以在统计上出现“负时间”这样的反常值。 换言之，所谓“负时间”，不是光真的倒着走，而是时间在量子层面被允许以非经典的方式进入概率分布，从而在一定条件下给出超出日常经验的读数。
研究团队指出，未来若能在类似实验中确认，那些在脉冲中“迟到”的光子是否恰好“背负”了相应的“时间盈余”，将有望进一步锁定量子不确定性在这一现象中的确切角色。 一旦这类实验得到完善，科学家就能更清晰地勾勒出时间在量子世界中的运作方式，也有望推动我们对量子信息传递、光—物质相互作用等基础问题的理解。 对普通上班族来说，也许更具共鸣的，是这项研究至少提供了一个物理学层面的“脑洞借口”：如果哪天又迟到了，谁不想对老板说一句——“抱歉，我在路上经历了一点量子不确定性”？
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