Kucha假设的时钟不像日常生活中的时钟那样 , 远远地“躲”在角落不受周围事物的影响;而是将作为不可或缺的部分 , 被置于量子引力发生作用的微小、密集的系统中 。 这一内置变量有其局限性:该时钟会随系统的变化而变化——所以为了记录时间 , 就不得不解决这些耦合问题 。 某种程度上说 , 这就好比当你每次想要看时间时 , 都得先拆开腕表并检查其工作状态 。
【时间遭遇空前危机:在量子世界,时间没有意义?】关于这种特别的时钟 , 最容易想到的就是简单的“物质钟” 。 Kucha指出 , “这当然是我们自古以来一直在用的时钟 。 现在我们周围所有的时钟都是由物质组成的 。 ”究其根本 , 传统的时钟就是选择一套粒子或一种液体材料媒介 , 再记录其变化 。 不过Kucha借助纸笔 , 从数学上将物质钟引入量子引力领域 , 那儿的引力场极强 , 同时概率性的量子力学效应开始出现 。
不过Kucha表示 , 当你冒险进入该领域时 , “物质会变得越来越稠密” 。 它是这种极端环境下 , 任何可能用作物质钟的材料的致命弱点;这些材料最终都会被碾碎 。 这一点可能从一开始就很明显 , 但Kucha需要准确得知物质钟被破坏的机理 , 以便更好地理解这一过程并设计新的数学工具来构造他假想的时钟 。
更有望用作量子时钟的是空间自身的几何特性:当婴儿宇宙膨胀或黑洞形成时 , 监测时空的曲率变化 。 Kucha猜测这一特性即使在量子引力产生的极端环境中也能探测到 。 膨胀中的宇宙为这一机制提供了最简单的例证 。 将婴儿期的宇宙想象成一个不断膨胀的气球 , 一开始其表面弯曲得非常厉害 , 随着气球越来越大 , 其表面的曲率变得越来越小 。 Kucha解释说:“这一变化着的几何特性使得你能够辨明你所处的瞬间 。 ”换句话说 , 这种几何特性可以被当作一种时钟使用 。
不幸的是 , 迄今为止Kucha研究过的各类时钟针对同一系统分别得出了不同的量子表述和预测 。 Kucha解释道:“将任何一种时钟置于时空中 , 都可以拿来计算量子力学并得到的相对应的结果 。 但一旦你换了一种时钟 , 比如基于电场的 , 就会得到完全不同的结果 。 现在很难评判其中哪个是对的 , 亦或两者均不正确 。 ”
不止如此 , 选用的时钟最后还必须不能被碾碎 。 量子理论认为空间被分割的程度存在一个极限 。 能够想象的时空量子颗粒最小直径是10-33 厘米 , 也就是普朗克长度 。 在这个无限小的尺度内 , 时空曲率变得跳跃且不连续 , 时间和空间都开始离散化 , 并随着“不确定性泡沫”时隐时现 。 正如物理学家Paul Davies在《关于时间》(About Time)这本书中所写的 , “你必须想象所有可能的几何结构——所有可能的时空 , 空间扭曲和时间扭曲交织在一起形成一种复合体 , 或者说是‘泡沫’” 。
只有充分发展的量子引力理论才能展示在如此小的时空尺度下所发生的一切 。 Kucha推测 , 目前广义相对论中一些尚未发现的性质在这个尺度下不会发生量子涨落 , 而有可能是连续的 。 如果这一猜想成立 , 该性质便能够用作Kucha一直以来在寻找的时钟 。 Kucha怀着这样的希望继续探索着一个又一个可能 。
忘记时间
Kucha一直尝试借助一种时钟将广义相对论嵌入量子力学框架中 。 但许多研究广义相对论的物理学家却认为应该反过来考虑——将量子力学融入广义相对论 , 把时间作为一个维度来考虑 。 法国理论物理中心的物理学家Carlo Rovelli便是拥护者之一 。
“忘掉时间吧 , 它只是一个简单的实验事实 。 ”Rovelli表示 。 他致力于找出不需要时间的量子引力理论 。 为了简化计算 , 他和同事Abhay Ashtekar、Lee Smolin一起建立了一个不需要时钟的理论空间 。 借助于此 , 他们使用了一套新的变量改写爱因斯坦的广义相对论 , 以便更容易地理解和适应量子尺度 。
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