江苏龙网

  1. 首页 > 人文 > >

「量子力学」为什么不存在比普朗克时间更短的时间？


「量子力学」为什么不存在比普朗克时间更短的时间？
文章图片
「量子力学」为什么不存在比普朗克时间更短的时间？
文章图片
前段时间写了篇普朗克长度是最短空间距离的文章 ， 评论达到了277条 ， 因此 ， 有必要再对普朗克长度的孪生兄弟——普朗克时间做一场深入分析 。 实际上 ， 由广义相对论我们知道 ， 光速在任何参考系上都是一个定值 ， 那么普朗克时间就应该为光走过普朗克长度所用的时间 。 但是完全可以从另外的途径发展出普朗克时间 ， 这对理解普朗克时间是更有利的 。
【「量子力学」为什么不存在比普朗克时间更短的时间？】时间在大多数人的心目中具有比空间更好的一种体验感 ， 例如我们经常说“寸金难买寸光阴”、“光阴似箭”等关于时间流逝的描述 。 至于时间的本质 ， 到现在物理学也未能给出一个本质上的标准回答 ， 但可以肯定的是 ， 时间是一种表征物质演化进度的物理量 。
由于广义相对论中的物质作用量与引力场作用量被场方程联系在了一起 ， 而引力场作用量完全由四维时空流形的度规张量所表述 ， 因此可以看出 ， 时间是具有一定物质性的 ， 但它又有别于我们看得见摸得着的普通物质（费米子） ， 同时也有别于力的传递子（玻色子） 。
在经典物理体系中 ， 时间自身具有了来自于牛顿绝对空间的一种孪生属性 ， 即时间具有绝对性 ， 它与参考系的变换无关 ， 并且时间是连续的 ， 从数学的概念上讲就是 ， 假如时间t是某个变量x的函数 ， 那么时间函数t(x)在整个x上处处可导 。
到了广义相对论这里 ， 时间不再具有了绝对性 ， 引力场中不同位点的时间流逝快慢是不一样的 ， 但时间仍然是一个一维连续体 。 物理学继续进展到量子力学这里时 ， 时间的性质就出现了一些变化了 。 在量子力学发展的初期 ， 德布罗意提出了一组方程式 ， 其中一个方程是说 ， 对于任意粒子 ， 其能量等于普朗克常数乘以频率 ， 即E=hv 。
因为任何有意义的时间流必须同一个粒子联系在一起 ， 那么通过德布罗意方程可以看出 ， 时间通过频率与能量紧密联系在了一起 ， 也就是说时间和能量在量子力学中是一对共轭物理量 ， 具有某种此消彼长的对称性（量子力学中的时间算符和能量算符不具有交换对称性） 。
这时候问题出现了 。 既然量子力学中任意粒子的能量值都是具有离散性的 ， 例如爱因斯坦获得诺贝尔物理学奖的研究就正是揭露了金属中的电子对电磁波辐射能量的吸收是一份一份以离散的方式进行的 ， 那么能量的离散性 ， 直接就会通过德布罗意方程传递给能量的共轭物理量——时间 。 这意味着 ， 如果世界在微观本质上能量是离散的、不连续的 ， 那么一维的时间流也将会是离散的、不连续的 。
大量实验对能量量子化的证明 ， 就表明时间一定是不连续的 。 这就是说 ， 对于一维的时间 ， 我们不可能对它进行无限分割 ， 粒子在最微观的层面上是跳跃式演化的 ， 时间将会在两个相邻的节点之间存在最小时间单元 。
由于最小时间单元的大小 ， 同普朗克长度一样 ， 代表着时空量子化的基本性质 ， 那么我们单纯从引力常数G、光速c、普朗克常数h出发 ， 进行简单的量纲运算就能得到最小时间单元 ， 它被称为普朗克时间 ， 正好是光走过普朗克距离所需要的时间 ， 大小约为10^-43秒 。
我们在日常生活中 ， 之所以感觉不到时间的离散性 ， 就是因为最小时间单元太小了 ， 一秒的时间就包含了10^43个普朗克时间 。 就相当于我们看到的再怎么光滑平整的玻璃面 ， 在显微镜下也是可以观察到它的粗糙不平的 。


推荐阅读


上一篇：靶向治疗@盘点地球上十种“恐怖”动物：遇到第1种几率不小，或许就在身边

下一篇：高通@都是台积电惹的祸，中国终于出手，苹果、高通等产品被加入审核行列