浙江
一項由加拿大多倫多大學和澳大利亞格里菲斯大學團隊完成的實驗表明，當光子穿過由冷銣原子構成的原子“車流”時，居然可以“晚出發、早到達”，從統計意義上看等于在原子介質中經歷了“負時間”。 研究人員通過精密測量發現，那些在整體光脈沖中率先抵達探測器的光子，如果追溯它們在原子云中的停留，就會得到一個“負”的平均停留時間，這一結果進一步凸顯了量子尺度上時間概念的怪異與模糊。
在經典直觀中，信息在真空中的傳播速度固定為每秒約30萬公里，這是所謂的因果“極限速度”；光子作為無質量粒子/波動，在真空中也必須嚴格遵守這一上限。 當在傳播路徑中引入原子等介質時，光子會與原子發生散射或相互作用，從而造成整體脈沖看上去被“拖慢”，但這通常被理解為路徑被折騰得更加曲折，而非真正突破因果速度。 直覺上，人們預期一束光脈沖穿過原子介質時，應如上下班高峰的車流那樣，有早到的“早鳥”、也有晚到的“掉隊者”，整體形狀只是在時間軸上整體后移。
然而自上世紀90年代起，實驗物理學家就陸續報告過一個反直覺現象：對比一束在真空中行進的光脈沖與一束穿過介質的光脈沖，有時介質中的那一束，其脈沖“峰值”竟然會比真空中的峰值更早到達探測器。 這并不意味著有哪一粒光子跑得比真空中更快，而是脈沖整體形狀在介質中被“重塑”，使得統計意義上的“高峰”向前移動。 一種解釋認為，光子與原子的相互作用在統計上投下了類似“影子”，改變了輸出脈沖的分布，使原本集中在中段的光子向前段偏移，從而令峰值“搶跑”。
在最新研究中，科學家希望排除這類“宏觀重塑”的干擾，從更微觀的層面直接評估光子在介質中的時間特征。 為此，團隊沒有簡單地盯著光脈沖的輸入輸出波形，而是轉向“旁觀”那團處于超低溫的銣原子云，通過測量原子被激發后處于激發態的持續時間，間接推斷與之發生相互作用的光子在介質中“待了多久”。 這類測量極其敏感，需要通過大量重復實驗，把環境噪聲對原子精細量子行為的干擾平均掉，從而獲得可靠的統計結果。
分析顯示，從統計意義看，那些在整體脈沖中“早到打卡”的光子，確實對應著在原子介質中經歷了“負時間”的測量結果。 這當然并不意味著它們真正掉進某種蟲洞、從未來“穿越”回來了，也并沒有任何因果律被打破；物理學家強調，在這一過程里，空間—時間結構并未撕裂，因果秩序依然保持一致。 真正被“拉伸”的，是量子層面上的時間這一物理量本身，就像其他量子可觀測量一樣，在精細尺度上呈現出模糊和概率云的特征。
背后的理論框架仍然離不開海森堡不確定性原理：當你把某些物理量（例如能量）的測量做到極高精度時，與之成對的不確定量（如時間）便被迫變得更模糊。 在光子與原子發生相互作用的過程中，雙方的能級出現類似“共振”狀態，如同家長推著秋千、節奏嚴絲合縫；在這種情形下，能量可以被限定得極為精確，而時間這個維度則被迫放松，測量結果在量子波動中被“抹開”，于是就可以在統計上出現“負時間”這樣的反常值。 換言之，所謂“負時間”，不是光真的倒著走，而是時間在量子層面被允許以非經典的方式進入概率分布，從而在一定條件下給出超出日常經驗的讀數。
研究團隊指出，未來若能在類似實驗中確認，那些在脈沖中“遲到”的光子是否恰好“背負”了相應的“時間盈余”，將有望進一步鎖定量子不確定性在這一現象中的確切角色。 一旦這類實驗得到完善，科學家就能更清晰地勾勒出時間在量子世界中的運作方式，也有望推動我們對量子信息傳遞、光—物質相互作用等基礎問題的理解。 對普通上班族來說，也許更具共鳴的，是這項研究至少提供了一個物理學層面的“腦洞借口”：如果哪天又遲到了，誰不想對老板說一句——“抱歉，我在路上經歷了一點量子不確定性”？
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