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任何量子引力理论都将不得不与一些奇怪的时间问题作斗争。你可能听说过薛定谔的猫,这只不幸的猫被关在一个盒子里,在盒子被打开以显示它的实际状态之前,它同时是活的和死的。好了,现在把你的思想集中在薛定谔的时间上,一个事件可以同时成为另一个事件的因果关系。
 
这种情况在任何量子引力理论中都是不可避免的。量子引力理论是物理学中一个仍不为人知的领域,杏耀代理它试图将阿尔伯特•爱因斯坦的广义相对论与量子力学的工作原理结合起来。在一篇新论文中,科学家们通过想象一颗巨大的行星附近有一艘星际飞船,它的质量减缓了时间,从而创造出了这两颗行星的混合体。他们的结论是,这些星际飞船可能会发现自己处于一种因果颠倒的状态:一个事件可能会导致之前发生的另一个事件。
 
“我们可以设想这样一种情景,即时间顺序或因果关系处于颠倒或不颠倒的叠加状态,”该研究的合著者、新泽西州史蒂文斯理工学院量子科学与工程中心的物理学家伊戈尔·皮科夫斯基(Igor Pikovski)说。“一旦我们有了一个完整的量子引力理论,我们就会期待这一切的发生。”
 
量子的时间
 
著名的薛定谔猫思维实验要求观众想象一个盒子里装着一只猫和一个放射性粒子,一旦衰变,就会杀死这只不幸的猫。根据量子叠加原理,猫的存活或死亡的概率是相等的,直到盒子被打开,猫同时是活的和死的。在量子力学中,叠加意味着一个粒子可以同时以多种状态存在,就像薛定谔的猫一样。
 
8月21日发表在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上的这个新的思维实验,将量子叠加原理与爱因斯坦的广义相对论相结合。广义相对论认为,一个巨大物体的质量可以减慢时间。皮科夫斯基说,这是公认的真实和可测量的;绕地球轨道运行的宇航员体验时间的速度只比他或她回到地球上的孪生兄弟快一点点。(这也是为什么坠入黑洞是一个非常渐进的过程。)
 
因此,如果一艘未来的宇宙飞船靠近一颗巨大的行星,它的宇航员所经历的时间就会比驻扎在更远的宇宙飞船上的人慢一点。现在,加入一点量子力学,你可以想象这样一种情况,那颗行星同时被叠加在两个航天器的附近和远处。
 
时间变得奇怪
 
在这种两艘船在不同时间线上经历时间的叠加场景中,因果关系可能会变得不稳定。例如,假设这两艘船被要求执行一项训练任务,在该任务中,它们互相射击并躲避对方的射击,完全知道导弹将在什么时候发射并拦截它们的位置。如果附近没有大质量的行星干扰时间的流动,这是一个简单的练习。另一方面,如果那颗巨大的行星存在,而船长没有考虑到时间的缓慢,船员们可能会来不及躲避,最终被摧毁。
 
由于这颗行星在近处和远处同时处于叠加状态,我们不可能知道这两艘飞船是会躲避得太迟而彼此毁灭,还是会靠边站而幸存下来。此外,皮科夫斯基说,因果关系是可以逆转的。想象两个事件,A和B,是因果相关的。
 
Pikovski说,“A和B可以相互影响,杏耀注册但在一种情况下A在B之前,而在另一种情况下B在A之前”处于叠加状态。这意味着A和B同时是彼此的因果关系。皮科夫斯基说,幸运的是,对于这些想象中的宇宙飞船上可能感到困惑的宇航员来说,他们将有一种数学方法来分析彼此的传输信号,以确认自己处于超级定位状态。
 
显然,在现实生活中,行星不会在星系中随意移动。但是Pikovski说,即使没有完整的量子引力理论,这个思想实验也可能对量子计算有实际意义。通过在计算中使用叠加,量子计算系统可以同时评估一个过程的因果关系。
 
他说:“量子计算机或许能够利用这一点进行更有效的计算。”
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