測量到有史以來最短時間,它是十億分之一秒的萬億分之一

2020-10-20 萬象經驗

137億年,是我們測得的最長時間,它也是宇宙的年齡。我們的太陽也有50億年的壽命了,地球上生命也存在了至少35億年。與這些相比,人類百年的壽命可謂是轉瞬即逝。當然,還有比這更短的時間單位。日常生活中,我們用到的最短時間單位為秒,但是在一些科學實驗中,秒已經不夠精確了,他們測量的是比秒小得多的納秒、皮秒、飛秒等。



當然,進入這些微觀的世界,我們已經不能用宏觀規則來看待了。以我們自身的經驗來看,時間似乎是連續的,但是根據量子世界的規則來說,時間是一份一份的。最小的時間是普朗克時間,它是光走過普朗克長度所經歷的時間,也是我們理論上所能測得的最小時間間隔。但是,實際上,我們並不能測得那麼小,那麼我們能測到的最小時間間隔是多少呢?

最近,科學家又破紀錄了,他們測量了有史以來最短的時間:輕質粒子穿過氫原子的時間,為247仄秒。1仄秒有多小,相信大家對此是沒有認識的,因為它是十億分之一秒的萬億分之一,也就是小數點後面跟著20個零和1個一。如果存在以仄秒為單位生存的微生物,那麼一秒對它們來說就相當於我們的3億億年,這比宇宙大爆炸的年齡還要長。



事實上,人們對最短時間間隔的測量是漸進式發展的。1999年,諾貝爾化學獎得主將時間測量提高了整整一個等級,以飛秒來研究化學反應的一些瞬間,飛秒是一千萬分之一秒。2016年,研究人員在《自然物理學》雜誌上發表的論文使用雷射測量時間,得到的最小時間間隔為850仄秒,他們所測量的是氦原子被光子撞擊後,需要多久來發射電子。

最新的發現雖然比2016年的成果短了約3.4倍,但是其中的科技進步卻是非常巨大的。那麼,他們是如何測量到這個數據的呢?研究小組用特定能級的X射線照射了氫分子,使兩個電子都飛離了該分子。通過測量兩個電子的幹涉圖,研究人員能夠精確計算X射線光子到達分子中第一個氫原子和第二個氫原子所花費的時間,為247仄秒。



許多人可能會想,測得如此小的時間有什麼用?事實上,目前還沒有對此技術的實際應用。但是,現在沒用不等於以後沒有用,畢竟這是科學發展的規律。幾百年前,誰能想到我們可以在一個小小的手機上看別人寫的文章呢?

隨著我們對微觀世界發起的持續探索,我們對現實的本質就越來越清晰了。相信在不久的將來,在仄秒科學的基礎上,量子理論會有重大的突破。

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