时间是不是量子化的？

时间是不是量子化的

时间是不是量子化的？换句话说，时间是不是不连续的可以被分割为一个个基本的单位？

加利福尼亚大学数学学院教授John Baez说：

“回答这个问题很简单：没有人知道！当然，没有一个实验证据表明这样的一个最小的时间单位的存在，但也没有证据反对这种观点。事实上，我们在构造这样的一个最小时间单位时没有物理理论的支持，要使他和广义相对论相统一还存在着诸多基本的障碍。最近的量子引力理论表明，可能存在一种粗略的方法来描述这个问题——但是不是针对时间的最小单位，而是像对于二维区域的最小面积，三维的最小体积，四位或多维的最小单位‘超体积’。”

哥伦比亚大学物理天文学院的William G. Unruh给出了这样的回复：

“因为我们没有证据证明时间或者空间是不是量子化的，所以问题就转变成了我们可不可以找到或者构造一个理论结构来很好的描述时间的这种量子化。尽管已经有许多研究者将时间量子化严格归结为理论（也就是说，所有的时间都是一个最小单位的整数倍），但是据我所知，还没有一个理论被认为是确切可行的。

“然而有人提出，我们可以从另外一个稍微不同的角度来研究这个问题。我们可以通过G（牛顿引力常数）、h（普朗克常数）和c（光速）计算得到一个最短的有意义的时间值：10-44s。在这样的一个时间尺度下，我们所期望的量子化时间将占主导作用，这样我们可以结合爱因斯坦的关于时间和引力的理论来重新理解时间这个概念。换句话说，对于比这个时间值还要小的时间间隔，时间这个概念将失去意义。

“要解决这个问题最大的障碍在于不存在一种真正可行的理论来很好的描述这种量子力学和量子引力结合在一起的机制。在过去的10年里，理论物理学的一个分支弦理论提出来一个一个想法，但是这个想法与我们想用最小时间单位来描述时间的初衷相去甚远。”

亚利桑那州立大学的天文学教授William G. Tifft 提出了一个比较独特的见解：

“要回答这个问题要注意以下几点。1）有一定的理论研究表明，如果要把描述基本粒子和力的量子物理与广义相对论相统一，我们也许就有必要把空间甚至时间也要量子化。在这种情况下，时间始终是一个一维的量。2）我结合新的物理观点和观察星系的性质，发现在某些特定的情况下确实需要把时间量子化（这需要一些其他的背景资料）。但是在在这种情形下，时间将不再是一维的了。

“我和我的同事研究发现，星系的‘红移’现象似乎是量化的。红移是来自遥远星系的光频明显的漂移，这种漂移朝向光谱的红色端，并且它的星等随着距离而增加。根据一般的光假说，如果红移是由宇宙膨胀导致的光的简单拉伸引起的，那么我们就该采用连续光滑的分布。事实上我们发现，红移的取值看起来确实离散的，但是如果它们仅仅是由宇宙膨胀引起的，这种离散却是不可能的。这一发现表明，对于时间和空间，还有最基本的东西我们没有发现。

“我们观察到的红移光是由离散的光能量即光子组成的。光子的能量是由一个物理常量（普朗克常数h）乘以光的频率（v）得到的，即E=hv，频率一般的定义是时间的倒数，因此，如果只存在特定的红移，那么能量也是特定存在的，所以只有特定的频率（或者说时间间隔）允许存在。在时间结构和星系红移的这种情况下，这就是一种时间的量化。

“在我们最新的理论模型中，我们可以预测所有涉及到的能量。我们发现所有涉及到的时间都是一个常量‘普朗克时间’（与现代物理理论一致的最短时间间隔）的特定的倍数。这个模型不仅能够预测红移，还能够计算基本粒子和力的质能。这个模型以为着，时间似乎和空间一样是三维的。

“我们现在认为三维时间也许是宇宙的最基本矩阵单位。这种观点下，我们认为基本粒子或物体——甚至是整个星系的规模——都可以被一个有统一的三维时间矩阵构成的三维离散量化的时间结构所表示。这个结构像是从原点（x=0）向外喷射一样：三维时间的大爆炸。任何一个‘块’，比如一个星系，在这个三维时间坐标中沿着它自己的一维时间轴不停地流淌。而我们在这样一个量化的‘块’中，只能感受到普通的三维空间，和这个块所在的一维时间轴。

“先在我们可以尝试回答我们最开始提出的问题：时间是不是量化的。我们感受到的时间流对应于通过时间矩阵单位组成的三维时间块。这个时间应该不是量化的，这里空间和当前的时间都是连续的。而另一方面，对于组成三维时间块（如星系）的时间间隔（光频和能量）这个结构结合普朗克时间来看是量化的。在我们的三维时间模型里，空间是一个确实存在的实体。星系之间是被这种三维时间所分开的，而不是向我们所想的那样是在空间上的分离。

“在三维时间模型中，重要的是在不同星系间发送信号的时间间隔；根本上就是说，分离星系的不是空间而是时间。三维的基本时间矩阵似乎包含了离散的三维时间‘粒子’。这些粒子就是星系。当光子在星际传播时，我们看到的就是红移这样一个量化结构。而当光子在一个单一的三维时间结构中传播时，我们看到的就是普通的三维动态空间和连续的时间。信不信由你，这两种方式时间都存在——时间的基本单位可以是三维或量化的，也可以是连续的时间流。”

原文：http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=is-time-quantized-in-othe