波兰华沙大学和英国诺丁汉大学的理论物理学家称完全精确的时钟并不存在

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　　完全精确的时钟并不存在

　　今日视点

　　本报记者 常丽君

　　科技的发展让时间的计量越来越精确，但人们能完全正确地计量时间吗？答案或许令人沮丧。有科学家提出——

　　无论何时何地，时间总是能被精确计量吗？答案可能不仅让钟表制造商感到沮丧，还会让我们重新思考时空的性质。最近，波兰华沙大学和英国诺丁汉大学的理论物理学家提出，当我们测量很大的加速度时，没有任何钟表能显示真正的时间，也就是理论上的“正确时间”。

　　研究人员在最近的《经典与量子引力》杂志上发表论文指出，在存在巨大加速度的运动系统中，理想时钟只不过是为了方便而虚构的，从基本原理上讲，要建造一台能精确检测时间的时钟是不可能的。

　　华沙大学物理系的安德杰伊·德拉甘说：“无论在狭义相对论还是广义相对论中，都默认了一个假设，即总能建造一台理想时钟，对系统中的时间流逝做出精确计量，无论该系统处在静止、匀速运动还是加速运动中。而事实却是，当涉及到很大的加速运动时，这种简化的假设就失效了。”

　　被扰乱的基本时钟

　　最简单的时钟，是不稳定的基本粒子，如μ子。μ子的性质类似电子，但质量是电子的200多倍。地球上的μ子通常来自宇宙射线，即太空中的高能粒子流。μ子很不稳定，通常会衰变成一个电子、一个μ中微子和一个电子反中微子。其静止寿命是2.2微秒，按光速计算只能飞660米。但实际上，当它以近光速飞行时，在地面上看它的寿命很长，长到足以从太空进入数千米的地下，这就是著名的“钟慢效应”：μ子运动得越快，实验人员看到它们衰变的可能就越小。所以速度会影响时钟的计时。

　　华沙大学和诺丁汉大学理论物理学家研究了做直线加速运动的不稳定粒子，他们分析的要点是加拿大物理学家威廉·盎鲁1976年提出的“盎鲁效应”。德拉甘解释说：“粒子与观察者之间并非完全相互独立，这与人们的直觉相悖。比如多普勒效应，从一个运动光源发出的光子，在朝向光源的观察者看来偏蓝，而在背离光源的观察者看来偏红。盎鲁效应有些类似，但更加奇妙：在某些空间区域，在非加速运动的观察者看来是量子场真空，而在加速运动的观察者看来却有许多粒子。”

　　盎鲁效应方程所描述的是，在量子场中可以看到的粒子数量取决于观察者的加速度，加速度越大，能看到的粒子数越多。这些非惯性效应可能是由于观察者的运动，但其根源还是重力场。有趣的是，盎鲁效应和霍金辐射（黑洞发出的辐射）也很类似。

　　据研究人员分析，作为基本时钟的不稳定粒子的衰变是与其它量子场互相作用的结果，也就是说，如果粒子还留在真空中，它衰变的节奏和周围与其互动的其它粒子不同。因此，如果在一个有极大加速度的系统中，由于盎鲁效应，会看到更多粒子，粒子的平均衰变时间会发生变化。

　　德拉甘说：“我们的计算显示，在超过某个很大的加速值后，基本粒子衰变就会出现时间上的混乱，如果这种混乱能影响像μ子这样的基本时钟，也就能扰乱任何建立在量子场论基础上的其它装置。因此想要完全精确地测出正确的时间，是不可能的。由此进一步推论是，无法精确检测时间，也就无法精确检测距离。”

　　重新思考时空性质

　　时间和空间的概念在此失去了传统意义，假设的量子引力理论开始发挥关键作用，预测一些特殊的现象。科学家认为，这也是邻近最初大爆炸时的必要条件。

德拉甘说：“我们在论文中指出了测量时间和空间所引发的问题，其实根本无需大爆炸这种极端的条件，即使在目前的宇宙中，当我们想检测那些有很大加速度的系统时，时间和空间也很可能因无法精确检测而终止。”

　　这些发现意味着只要加速度足够大，任何建立在时间、空间概念基础上的理论都不再适用。这带来了有趣的问题。如果在极端加速系中无法造出能精确计时的时钟，仅仅是检测方法的缺陷吗？还是“时间”本身就有问题？无法精确计量这种性质是否有其物理意义？

　　在现代实验中，加速器能赋予粒子的加速度比上世纪70年代要高出几个数量级。今天我们应该能通过实验看到盎鲁效应，由加速度引起的粒子衰变时间的变化应该也能被看到。因此，物理学家们关于理想时钟的论断将很快得到验证。

　　德拉甘说：“如果我们的预测被实验证明，人们对与时空有关的诸多事物，如时间及其计量方法，都要开始重新认识。”

科技日报