《科學》:測到有史以來最短時間間隔,247仄秒!有什麼用?

2020-12-07 騰訊網

時間是連續的，還是一份一份的？

答案是：時間是一份一份的。最小的時間單位是普朗克時間，是光在真空裡飛過一個普朗克長度所需的時間，大約是5.4X10^-44秒，理論上這是最小的可測量時間間隔。

那麼人類實際測量到的最短時間間隔是多少呢？

遠古人類能夠測到的，可能是一天，時間分成昨天、今天和明天，再遠一點就不知道是怎麼回事了。

有了時鐘後，人們就可以測出1秒的時間間隔了。

隨著現代科技的發展，我們可以測量的時間間隔也越來越短。

1999年，諾貝爾化學獎得主艾哈邁德·澤韋爾將研究化學反應的時間尺度縮至飛秒，即10^-15秒，一千萬億分之一秒；

2004年，100阿秒，即10^-16秒，一億億分之一秒；

2010年，12阿秒，即1.2X10^-17秒；

2016年，850仄秒（zeptosecond），即8.5X10^-19秒。

10月16日，《科學》雜誌發表德國歌德大學物理學家萊因哈德·德爾納（ReinhardD rner）和德國羅斯託克大學斯文·格倫德曼（Sven Grundmann）的研究，他們將人類測得的最小時間間隔再次縮小到了247仄秒，即2.47X10^-19秒，這是光子從氫分子中一個原子飛到另一個原子上所需的時間。

德爾納和同事利用位於漢堡的Petra III 粒子加速器，精心設定了X射線的能量，用單個光子將氫分子中的兩個電子轟出，形成了一種可用冷靶反衝離子電子動量成像譜儀（COLTRIMS）測量的幹涉圖樣，記錄了氫分子在整個相互作用過程中的幹涉圖樣和位置，精確計算出了光子從第一個氫原子飛到第二個氫原子之間的時間——247仄秒。

怎麼樣？是不是已經震驚得目瞪口呆了？假如1仄秒是現實中一秒鐘的話，那麼我們的一秒鐘就相當於27,777,777,777,777,778年，即2.8億億年，比整個宇宙的年齡還大得多；如果你今年是30歲，那麼你可以自豪宣稱：我已經活了94.6萬億億億仄秒了！

從上面的時間表來看，雖然人類科技水平越來越高，但要測量越來越短的時間間隔已經越來越難了，那麼理論上我們能夠測到的最小時間間隔是多少？

普朗克時間就不要妄想了。

根據今年6月《物理評論快報》（Physical Review Letters）上的一項研究，美國賓夕法尼亞州立大學三位理論物理學家加勒特·溫德爾（Garrett Wendel）、路易斯·馬丁內斯（LuisMartínez）和馬丁·博霍瓦爾德（Martin Bojowald）認為，利用還未出現的量子振蕩器和類似原子鐘的振蕩器，可以通過它們的不同步來計算最小的時間間隔，理論上上限能夠達到10^-33秒，這還是普朗克時間的200億倍！

宇宙真是害人不淺哪，無論科學家們如何努力，離它最最細微的深處，我們仍然有著巨大的，可能永遠也無法企及的距離。

那麼，測量如此之小的時間間隔究竟有什麼用呢？

目前暫還未有這種技術的現實應用，不過涉入越小的量子領域，我們對宇宙奧秘的理解就會更多，未來也有可能在精確測量飛秒、阿秒、仄秒的基礎上，在精確計量、研究化學反應、研究量子理論等方面取得更大的突破。

參考：

Science：Zeptosecond birth time delay in molecular photoionization

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  • 仄秒（10^-21s）：最短時間的新紀錄
    他的獲獎工作是用飛米雷射觀察到，在化學反應中分子中的原子如何運動。飛秒是一千萬億分之一秒，也就是10-15s.答案是大約247仄秒。一仄秒是一百萬分之一飛秒（10-21s）。這是目前為止人類測量到的最短時間間隔。 為了測量這麼短的時間，他們用X射線照射氫分子（H2）。他們調整X射線的頻率，使得單個光子有足夠的能量將氫分子裡的兩個電子都打出來。這裡打一個比方。打水漂時，向水面水平扔一個石頭，石頭會前後多次觸碰水面。為了方便說明，我們假設石頭前後兩次觸碰水面。
  • 247×10^-21秒:人類實際測量到的最短時間
    科學家已測量出有史以來最短暫的時間進程：輕粒子穿過氫分子所花費的時間。新的記錄是247仄秒(zeptosecond)。1仄秒=0.000000000000000000001秒，小數點後跟20個零。測量最短的時間跨度，是為了理解化學過程中，分子和原子間實際的作用：如化學鍵斷裂時究竟發生了什麼。相應的學科被稱為飛秒化學，由1999年諾貝爾化學獎獲得者艾哈邁德·澤維爾(Ahmed H.Zewail)創立。大家不妨猜猜澤維爾的獲獎理由——創立了飛秒化學。很巧啊有沒有。
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