物理學家在聚精會神地研究時間結構,對時間概念的理解影響了量子力學和量子哲學的進展,自然科學研究者關注時間的量子物理學含義,社會科學研究者重視時間哲學的意義。理論上的時間概念可以分為無限微小的間隔,最小的時間間隔是被廣泛認可的普朗克時間概念,大致上等於10的負43次方秒,最小的極限間隔意味著在兩個物理事件之間不能分為比普朗克時間更小的時間單元。
物理學家力求打破常規,給出物理學意義的最短時間單元,實際上比普朗克時間高了幾個數量級,物理學家試圖找到最小的時間單元,從而改變數子力學的基本方程。量子力學在非常微小的尺度上描述了所有的物理系統,最短的時間單元概念將改變物理學家對量子力學系統的描述。加拿大滑鐵盧大學和萊布里奇大學的米爾·法伊薩,埃及亞歷山大大學的穆罕穆德·M·卡里,萊布里奇大學的索爾亞·達斯走出了時間的“迷魂陣”,他們在《歐洲物理雜誌C》發表了題為“從最小的不確定時間取得時間晶體”的研究論文。
普朗克時間極其短暫,還沒有一位物理學家在實驗室條件下直接檢測到最短的時間單元,目前的最精確測量實現的最小時間間隔大約為10的負17次方秒,在“時間深井”的最低點不能再下降了。很多的物理理論支援了普朗克時間的存在,這些理論以不同方式接近了量子引力領域,諸如:弦理論、圈量子引力和擾動量子理論。不同研究路徑的理論出現了共同點,人們不能測量比普朗克長度更短的長度單元,不能測量比普朗克時間更短的時間單元。
普朗克時間被定義為光在真空經過一個單位普朗克長度所耗用的時間。最近的幾個理論啟發和鼓舞了一些科學家研討時間結構的信心,科學家在時間的連續性和間斷性的問題上存在長期的爭議。法伊薩解釋說,研究小組認為,時間在本質上可以分割,他們設想了時間檢驗的方法。有一種可行的檢驗方法,對一個氫原子的自發輻射率進行測量,與未經修正的方程式相比,經過修正的量子力學方程預測了某種微小不同的自發輻射率,微小差異的輻射率在不確定性幅度之內,經過修正的預測效應可透過粒子和不穩定原子核的衰變率得以表現。
以對氫原子自發輻射率的分析為基礎,研究小組估計,最小的時間單位可能比普朗克時間高出了幾個數量級,但不位元定的數值更大,以前的實驗確認了一些特定的數值。深入的實驗可能降低之前測定的最小時間單位,或確定最小時間單位的精確值。對量子力學基本方程的修正意味著修正時間的已有定義。研究小組認為,可以把時間結構看成由“時間顆粒”組成的晶體,好像晶體結構由晶粒組成,“時間顆粒”分離相互,有規則地重複時間的“晶粒”,而時間連續性和不連續性的爭論有了更多的物理學解釋。
在更寬泛的哲學層面上,極微小的時間“碎片”表明了時間可分割的本質,時間連續性的哲學概念受到了很大挑戰,在人們的日常觀念和哲學思維中,“流水”一般的時間連續概念僅是大腦的幻象。法伊薩解釋說,物理概念的宇宙好像一部電影、一部動畫片,電影膠片上實際上刻錄了多幅靜態的影象,經過電影工廠的“流水作業”,透過熒屏創造了流動性影象的幻覺,如果仔細地檢測流動性圖片的“定格”,那麼人們會發現,動態影象實際上由一幅幅靜態的影象構成,人們在現實世界沉澱的意識以影象的流動性為錯覺,這是時間間隔太小帶來的幻覺。數學結構的時間在“人眼”尺度上表現為連續性,在普朗克概念的微小世界,時間處於間斷和離散的狀態。
科學小組的時間概念似乎印證了不切實際的柏拉圖哲學,物理現實在自然本質上似乎接近柏拉圖的哲學觀念,古希臘哲學家柏拉圖提出過一個觀點:真正的現實獨立於感覺。人們感覺的世界不同於真實的世界,“跟著感覺走”的思維習慣時常讓人們做出了錯誤判斷,比如:或者高估、或者低估一個事件的意義和一個人的價值。法伊薩不完全贊成柏拉圖的哲學觀念,他們的時間哲學不同於柏拉圖理想化的現實主義,三位科學家不是證明理念世界的存在,而是從實驗上證實最小時間單元的存在。一百位哲學家有一百種哲學理論,而科學假說和科學實驗檢測了正確和錯誤的時間哲學。
(編譯:2016-2-2)