最小的可想像的時間長度可能不大於百萬分之一的十億分之一秒。這是根據一種新的理論,它描述了宇宙具有一種基本的類鍾特性,其時鐘速率會與我們最好的原子計時器有相似之處。
這樣的想法可以幫助科學家們,提出更接近於做實驗來闡明萬物的理論,這是一個將20世紀物理學的兩大支柱相協調的總體框架——量子力學,它著眼於現存最小的物體,而阿爾伯特·愛因斯坦的相對論則描述了最大的物體。
我們大多數人都對時間的流逝有某種感覺。但時間到底是什麼?
「我們不知道,」賓夕法尼亞州立大學的物理學家馬丁·博喬瓦爾德說:「我們知道事情會發生變化,而我們可以用時間來描述這種變化。」
他補充道,物理學提出了兩種相互矛盾的時間觀。其中一個來源於量子力學,把時間看作是一個永不停止且以穩定速度流動的參數。另一個來源於相對論,它告訴科學家,對於兩個以不同速度移動的觀察者來說,時間可以收縮和膨脹,而這兩個觀察者對於事件之間的間隔會有不同的看法。
在大多數情況下,這種差異並不十分重要。量子力學和相對論所描述的獨立領域幾乎沒有重疊。但是某些物體,比如黑洞,將巨大的質量凝聚成一個不可思議的小空間,如果沒有量子引力的一切理論,就無法對其進行完整的描述。
在量子引力的某些版本中,時間本身將被量子化,這意味著它將由離散的單位組成,這將是時間的基本周期。這就好像宇宙中包含了一個底層場,它為它內部的一切設定了最小的時鐘速率,就像著名的希格斯場(以物理學家彼得·希格斯姓氏為名,是一種假定遍布於全宇宙的量子場),它產生了希格斯玻色子粒子,而希格斯玻色子粒子又給其他粒子帶來了質量。但對於這個宇宙鍾來說,「它提供的不是質量,而是時間……」
通過建立這樣一個通用時鐘的模型,科學家們能夠證明它將對人類製造的原子鐘產生影響,這些原子鐘利用某些原子的鐘擺式振蕩來提供我們對時間的最佳測量。根據這個模型,原子鐘的節拍有時會與宇宙鐘的節拍不同步。
這將限制單個原子鐘時間測量的精度,這意味著兩個不同的原子鐘可能最終在時間跨度上存在分歧。物理學家還指出,鑑於我們利用最好的原子鐘,能夠測量10^(負19)秒的節拍,或者十億分之一秒的十分之一,那麼基本時間單位不能大於10^(負33)秒。
比利時布魯克塞爾大學的量子物理學家埃斯特班·卡斯楚·魯伊斯說:「我最喜歡的理論是模型的整潔。他們得到了一個實際的界限,你可以在此原則上進行衡量,我發現這有點不可思議……」
他補充說,這種類型的研究往往非常抽象,因此很多研究者很迫切能看到一個具體的結果,以及對量子引力的觀測結果,但這意味著該理論有一天可以被質疑。
研究人員表示雖然證實這樣一個基本時間單位的存在,超出了我們目前的技術能力,但它比以前的建議,如普朗克時間更容易獲得。根據之前的說法,普朗克時間從基本常數出發,將最微小的可測量時間單位設定為10^(負44)秒,即十億分之十的十億分之一秒。
是否有一段時間比普朗克時間還要短,因為量子力學和相對論都不能解釋在這個尺度下發生的事情。在這些單位之外談論時間是沒有意義的,至少在我們目前的理論中是這樣。
由於宇宙本身最初是一個微小空間中的一個巨大物體,隨後迅速膨脹而成。然而,宇宙學觀測,如對宇宙微波背景(宇宙大爆炸遺留物)的仔細測量,可能有助於將基本時間段限制在更小的水平上。