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揭示了新的时间膨胀现象：计时理论结合了量子钟和爱因斯坦的相对论

时间：2022-05-15 15:25:07 来源：

量子力学允许时钟移动，就像时钟同时以两种不同的速度运行一样。新的研究发现，这导致原子钟的校正，称为“量子时间膨胀”。

根据达特茅斯学院，圣安塞尔姆学院和圣塔克拉拉大学的理论研究，一种称为叠加现象的量子力学现象会影响高精度时钟的计时。

描述这种效应的研究表明，叠加（一个原子同时存在于多个状态中的能力）导致原子钟中的一种校正，称为“量子时间膨胀”。

这项研究于今天（2020年10月23日）发表在自然通信杂志上，该研究考虑了阿尔伯特·爱因斯坦相对论之外的量子效应，从而对时间的性质做出了新的预测。

“每当开发出更好的时钟时，我们都会学到一些新的东西，”圣安瑟姆学院物理学助理教授，达特茅斯学院兼职助理教授亚历山大·史密斯说。研究员协会。“量子时间的膨胀是量子力学和爱因斯坦相对论的结果，因此提供了一种在相交处测试基础物理的新可能性。”

1900年代初期，爱因斯坦（Albert Einstein）通过展示时钟所经历的时间取决于其运行的速度，展示了时空的革命性画面-随着时钟速度的增加，时钟的滴答声速率降低。这与艾萨克·牛顿爵士的绝对时间观念大相径庭。

量子力学是控制原子领域的运动理论，它允许时钟像同时以两种不同的速度运行一样移动：速度的量子“叠加”。该研究论文考虑了这种可能性，并提供了一种计时概率理论，从而导致了对量子时间膨胀的预测。

为了发展这一新理论，研究小组将量子信息科学中的现代技术与1980年代开发的理论相结合，该理论解释了时间如何从引力量子理论中出现。

这项研究的共同作者圣塔克拉拉大学的讲师梅赫迪·艾哈迈迪（Mehdi Ahmadi）说：“几十年来，物理学家一直试图在量子理论中适应时间的动力学性质。”“在我们的工作中，我们预测相对论时间膨胀的校正，这是因为用于测量这种效应的时钟本质上是量子力学的。”

就像碳定年依靠衰变的原子来确定有机物的年龄一样，被激发的原子的寿命也像时钟一样。如果这种原子以不同速度的叠加运动，则其寿命将取决于相对于以一定速度移动的原子的叠加性质而增加或减少。

对原子寿命的校正很小，以至于无法以对人类规模有意义的术语进行测量。但是考虑到这种影响的能力可以使用最先进的原子钟对量子时间的膨胀进行测试。

就像可能很难预测量子力学在医学成像，计算和显微术中的应用时，该理论在1900年代初的发展时一样，现在想像一下量子时间膨胀的全部实际含义还为时过早。

参考：亚历山大·R·史密斯（Alexander R.H.Smith）和梅赫迪·艾哈迈迪（Mehdi Ahmadi）于2020年10月23日在Nature Communications上发表的“量子钟观察了古典和量子时间的膨胀”。
10.1038 / s41467-020-18264-4

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