多年来，科学家们已知光有时会在进入物质之前似乎先“离开”物质，这一现象曾被视为一种错觉，归因于物质对波动的扭曲作用。
然而，来自多伦多大学的研究人员通过创新性的量子实验表示，他们已经证明，“负时间”并非只是一个理论概念，它在物理上确实存在，并值得更深入的研究。
这一研究结果尚未在同行评审期刊上发表，但已引起了全球的关注与质疑。
研究人员强调，这些令人困惑的结果凸显了量子力学中的一种奇特现象，而非我们对时间理解的根本性改变。
斯坦伯格教授表示，这一现象“非常复杂，即便与其他物理学家讨论时，常常会被误解”。
虽然“负时间”这个术语听起来像是科幻小说中的概念，斯坦伯格辩护说，它的使用有助于激发关于量子物理奥秘的更深层次讨论。
激光实验
多年前，研究团队开始探索光与物质的相互作用。
当光子（光粒子）穿过原子时，一部分光子会被原子吸收，并在之后被重新发射出来。这一过程会暂时改变原子的状态，使其进入一种更高能级或“激发态”，然后再返回到正常状态。
在丹妮拉·安古洛（Daniela Angulo）主导的研究中，团队旨在测量这些原子在激发态中停留的时间。斯坦伯格解释道，结果显示这段时间是负数，也就是说，时间小于零。
为了更好地理解这一概念，可以想象汽车进入隧道：在实验前，物理学家们发现，如果一千辆车的平均入隧时间是中午12点，那么第一批车辆可能会稍微提前一些，比如11点59分。这个现象此前被认为毫无意义。
然而，安古洛和她的同事们所展示的现象类似于：在第一批汽车驶出隧道后，测量隧道中的一氧化碳浓度，结果显示浓度的数值前面有个负号。
相对论依旧有效
这些实验是在一个杂乱的地下实验室里进行的，实验室中布满了电线和包裹铝箔的设备，经过两年多的优化才得以完成。用于实验的激光器需要精确调校，以避免结果发生扭曲。
尽管如此，斯坦伯格和安古洛仍然迅速澄清：没有人声称时间旅行是可能的。他们指出，负时间的现象并不意味着时间逆流。斯坦伯格强调，这种理解是错误的。
这种现象的解释在于量子力学，那里像光子这样的粒子表现出模糊的、概率性的行为，而不是遵循严格的规则。
这些光子在吸收和再发射的过程中，并没有按照固定的时间线来进行。相反，这些相互作用发生在一个可能的时间跨度中，其中的一些时长超出了日常经验的理解。
至关重要的是，研究人员表示，这并不违反爱因斯坦的相对论原理，因为根据该理论，没有任何物体能超越光速。这些光子并未携带信息，因此避免了任何宇宙速度限制的挑战。
一个有争议的发现
“负时间”这一概念引发了广泛的关注与怀疑，尤其是科学界中的一些著名人物表达了质疑。
德国理论物理学家萨宾·霍森费尔德（Sabine Hossenfelder）在一段观看人数超过25万的YouTube视频中批评了这项工作，指出，这个实验中的负时间与时间的流逝无关，它仅仅是一种描述光子如何通过介质、以及它们的相位如何变化的方式。
安古洛和斯坦伯格则回应道，他们的研究填补了关于光速并非恒定不变的理解空白。
斯坦伯格承认，他们的论文标题确实具有挑衅性，但他指出，没有任何严肃的科学家挑战过他们实验的结果。
他们表示，“我们已经选择了我们认为是最有成效的方式来描述这些结果。”斯坦伯格补充道，尽管实际应用仍不明确，但这些发现为探索量子现象开辟了新的道路。
“老实说，我们目前还没有找到将这些研究成果应用于实际的路径，”斯坦伯格坦言，“我们会继续思考，但不想让人们过度期待。”
作者：Ben Simon, Issam Ahmed
日期：2024年12月21日