時間是人的幻覺嗎?量子力學解釋時間的本質

在 20 上半年個世紀，物理學的一個全新的理論——量子力學發展了起來，目前已經取代了我們所知道的經典物理學和相對論，這兩者曾是現代物理學的核心架構。量子理論或量子力學現在被認為是宇宙中，特別是在亞原子尺度上最正確和準確的模型，儘管對於宏觀物體，經典的牛頓力學和相對論物理學還能發揮作用。

理解相對論的概念和預測通常被認為是困難和反直覺的，相比之下量子力學的許多基本原理和含義可能看起來更加詭異，但量子力學的很多假設和理論已被反覆證明是真實的，它現在是有史以來最嚴格測試的物理模型之一。

理解量子力學中的時間概念，先要從什麼是量子開始說起。

量子

量子

量子力學認為宇宙中的所有物質和能量是量子化的，即它們由離散的不可分割的包或量子組成。例如，圍繞原子軌道運行的電子在特定的固定軌道中被發現，並且當它們的能級發生變化時不會從原子核更近或更遠地滑動，而是從一個離散的量子態跳到另一個。即使是光，我們知道它是一種電磁波，也是由光子的量子或粒子組成，因此光同時具有波和粒子的性質，有時它表現得像波浪，有時候它表現得像一個粒子（波粒二象性）。

那麼，一個顯而易見的問題是：時間可以被劃分為離散量子嗎？根據量子力學，答案似乎是「不能」，時間似乎是平滑和連續的。已經使用複雜的計時設備和脈動雷射束進行了測試，以觀察在非常小的一秒鐘內（低至飛秒，或10-15秒）發生的化學變化，並且在該水平時間確實看起來是光滑和連續的 。但是，如果時間實際上是量化的，那麼它可能處於普朗克時間的水平（大約10-43 秒），根據理論物理學的最小可能時間長度，可能永遠超出我們的實際測量能力。

值得注意的是，我們目前對物理學的了解仍然不完整，並且根據一些將量子力學和引力結合成單一的「萬物理論」的理論，時間實際上可以量化的可能性。已經提出了用於所提出的離散量子時間的假設時間單位 ，儘管尚不清楚時間應該是多長。

波函數

哥本哈根解釋

量子理論的主要原則之一是粒子的位置由波函數描述，它提供了在任意數量的不同位置或疊加中找到粒子的概率。只有當觀察到粒子並且波函數崩潰時，粒子才能最終位於一個特定的位置或另一個位置。因此，在量子理論中，與經典物理學不同，我們看到的和實際存在的東西之間存在差異。實際上，觀察行為會影響到被觀察到的粒子。

量子理論的另一個方面是不確定性原理，它表示某些變量對的值（例如粒子的位置及其速度或動量）不能完全準確地知道，因此一個變量越精確，另一個就越模糊。正是其他人才能知道。這反映在量子力學的概率方法中，這對於經典物理學的確定性和特定性質來說是非常陌生的。

量子力學的這種觀點有時被稱為哥本哈根對量子力學的解釋。因為波函數的崩潰無法撤消，並且因為與波函數中包含的粒子的初始可能位置相關的所有信息在觀察和摺疊時基本上都會丟失，所以該過程被認為是時間不可逆轉的，它對所謂的「時間之箭」有影響，這是我們在日常生活中觀察到的單向時間方向。

一些量子物理學家已經發展出一種理論，即時間實際上是一種由稱為糾纏的奇怪量子概念產生的新興現象，其中不同的量子粒子有效地共享存在，即使物理上是分開的，所以每個粒子的量子態只能相對於其他糾纏粒子來描述。該理論甚至聲稱最近有實驗證據，實驗證明觀察者在與另一個粒子糾纏之前沒有發現量子粒子的任何變化。

平行世界

平行世界的解釋

然而，上面提到的哥本哈根對量子力學的解釋並不是觀察它的唯一方法。由於哥本哈根解釋明顯失敗以處理諸如觀察之類的問題，以及微觀量子世界與宏觀經典世界之間的界限是什麼感到沮喪，因此提出了其他替代觀點。其中一個主要的選擇是平行世界的解釋，在20世紀50年代末首次提出。

根據平行世界的觀點，在觀察之前和之後，粒子或系統之間沒有區別，也沒有單獨的演化方式。事實上，觀察者本身就是一個量子系統，它與其他量子系統相互作用，例如，不同的可能版本看到粒子或物體處於不同的位置。這些不同的版本同時存在於不同的替代或並行宇宙中。因此，每當量子系統彼此相互作用時，波函數不會崩潰，但實際上會分裂成現實的替代版本，所有這些都是同樣真實的。

這種觀點的優點是可以保留波函數的所有信息，這樣每個宇宙都是完全確定的，並且波函數可以向前和向後演化。因此，在這種解釋下，量子力學並不是時間之箭的根本原因。

量子引力

量子引力

量子引力或量子引力理論指的是將宇宙物理學的兩個最佳模型量子力學和廣義相對論組合成一個可行的整體的各種嘗試。它看起來根據量子力學的原理來描述引力，並代表了物理學聖杯的一個重要步驟，即所謂的「萬物理論」。量子理論和相對論雖然在大多數方面幸福地共存，但在黑洞和大爆炸本身的不可接受的事件中似乎是根本不相容的，並且許多人相信這兩種理論的某些綜合對於獲得真正處理時間本身的基本性質。

多年來已經提出了許多不同的量子引力之謎方法，從弦理論和超弦理論到 M-理論 和 brane 理論，超重力，環量子引力等。這是現代物理學的前沿，如果一個突破將會發生，它可能像 1905 年的相對論一樣具有革命性和範式破壞性，並且可能徹底改變我們對時間的理解。

任何量子引力理論都必須處理量子理論與相對論的內在不相容性，其中最重要的是所謂的「時間問題」，時間被認為在量子力學和廣義相對論中具有不同的含義。這可能是最好的例子他們統一相對論和量子力學的嘗試導致時間基本上完全從他們的方程中消失，這表明時間根本不存在，並且在最基本的層面上，宇宙是永恆的。，一些人得出結論，時間是物理學中的一種虛構變量，我們可能會混淆不同物理變量的測量與我們稱之為時間的事物的實際存在。

虛時間

虛時間

在尋求將量子場理論與統計力學聯繫起來的同時，理論物理學家史蒂芬霍金引入了一個他稱之為虛時間的概念。雖然相當難以想像，但虛的時間在虛幻或虛構的意義上並不是虛構的。相反，它與正常物理時間具有類似的關係，就像虛數量表對複平面中的實數一樣，並且可能最好被描繪為垂直於常規時間的軸。它提供了一種查看時間維度的方法，就好像它是一個空間維度，因此可以沿著它向前和向後移動，就像一個人可以在空間中左右或上下移動一樣。

儘管它具有相當抽象和反直覺的特性，但虛構時間的有用性在於它能夠在數學上幫助平滑宇宙模型中的引力奇點。通常，奇點（如黑洞中心的那些，或大爆炸本身）對物理學家來說是一個問題，因為它們是已知物理定律不適用的區域。然而，當在想像時間內可視化時，奇點被移除，並且宇宙大爆炸的功能與時空中的任何其他點一樣。

然而，這個概念在現實世界中所代表的究竟是什麼，是未知的，而且目前它仍然只是一個潛在有用的理論構造。