来源：世界风情画（ID：finkeeper）

作者：杂杂妹

在滴答作响的时钟和摆动的钟摆的世界中，肯定时间的流逝是计算“那时”和“往常”之间的秒数的简单例子。

但是，在嗡嗡作响的电子的量子尺度下，“那么”并不总是能够预测的。更糟糕的是，“往常”经常变得含糊不清。秒表在某些状况下基本不起作用。

因而，“时间不存在”之说便成了一些人用来形容呈现“概率云”状态基本粒子运动中的时间测度的复杂性之词。

更有甚者，以至“假托”起提出“相对论”的阿尔伯特·爱因斯坦之名兜售起“时间本不存在”的说法了。

实践上，时间作为物质热运动的测度量还是能够在很多中央显而易见。

而对“时间”定义做出最大贡献的，要数19世纪奥天时物理学家、哲学家，热力学和统计物理学的奠基人之一—— 路德维希·玻尔兹曼（Ludwig Edward Boltzmann，1844年2月20日—1906年9月5日）。1877年，波尔兹曼从热力学第二定律（力学能可全部转换成热能， 但是热能却不能以有限次的实验操作全部转换胜利 (热机不可得)）的基础上提出，用“熵（△S）”来量度一个系统中分子的无序水平，并给出熵S与无序度Ω（即某一个客观状态对应微观态数目，或者说是宏观态呈现的概率）之间的关系为S=k·lnΩ。这就是著名的波尔兹曼公式，其中常数k=1.38×10^-23 J/K 称为波尔兹曼常数 。他最先把热力学原理应用于辐射，导出热辐射定律，称斯忒藩-波尔兹曼定律。

简单点讲，就是我们经过S=k·lnΩ可知，Ω=e^（S/k），也就是无序度等于以自然常数（宇宙万物简单增长的极限，e=lim（1+1/x）^x=2.718281828459045……）为底，熵值除以玻尔兹曼常数的商为乘方的指数函数。由于e大于1，那么熵越大，一团分子的无序度就越高。

而我们再经过热力学第二定律、第三定律（绝对零度时一切物体构成圆满晶体）同时分离宇宙背景温度为-270.15℃（3K左右）可推测到，气体自由收缩过程是不可逆的，收缩的气体温度将无限趋近于宇宙背景温度至绝对零度（这也是电冰箱制冷的原理），那么，宇宙整体的运动方向就是熵增，也就是无序度进步，而度量熵增水平的物理量，就是：

时间！时间！时间！

（不外，杂杂妹啊，您讲的波尔兹曼公式似乎是个矢量啊？——妤妤姐）

就是由于玻尔兹曼公式（别和荷兰物理学家Poisson- Boltzmann搞混了）自身是个矢量，才会有“时间是什么”之问啊？

经过玻尔兹曼公式可知，Ω、S两个物理量生成的点能够在函数图形组成的“轨道”上自由移动，而且y=f（Ω）和y=f（S）是沿y=x轴对称的图形，故预示着熵增运动并非物质运动的绝对方向，但经过宇宙背景温度和绝对零度的测度又可知，宇宙整体的无序度又是不时提升的。这里产生的疑问到了20世纪，随着量子物理学的认识和应用，才有了解释的可能。

（那么，解释是什么呢？——妤妤姐）

就是时间既非矢量也非标量，或者在科幻小说里，您能够把他当矢量，您等男朋友或者女朋友时一定要把它当标量，时间只是人们认知中为了方便记载自己察看到的宇宙熵增过程的“语素”！

（啊！——妤妤姐）

是的，这里触及的是量子力学的“察看者效应”，就是认识物测度了微观粒子的波粒二象性时，粒子就呈粒子态，而意外度时，就呈动摇态。好比在光子或电子双缝干预实验时，您在光子、电子旁放置一个高速摄像机，看看电子或光子是以波还是粒子的方式经过双缝时，光子或电子就变成小球，打在双缝后的黑板上，一旦撤除高速摄像机，它们又会在黑板上呈现干预条纹。

由于人类在数学定义和经验察看中存在对“时间”认识的严重矛盾点，加之“察看者”效应一直无法扫除认识的干扰，所以往常学界普遍把时间当成一个“词语”看待。这也是瑞典乌普萨拉大学研讨人员2022年的一项研讨，能够在量子雾自身的外形中找到一个潜在的处置计划，或者说，时间的另一个测度方式的基本思绪所在。

他们对一种叫做里德堡态的东西的动摇性质的实验提示了一种丈量时间的新措施，这种措施不需求精确的起点。

而 在里德堡状态下，原子或分子中的一个电子被激起到主量子数较高的轨道 。通常状况下，这样的状态指的是将一个电子放在与离子实相比尺寸很大的轨道上。好比外层电子运动轨道半径很大，它离分子实践的距离可远大于核间距。

为此，科学家经过第一束激光将用来观测的氦、氩、氡等气体原子的电子激起到更高的能量状态，以用于各种用处。

同时，在某些应用中，第二束激光能够用来监测电子位置的变更，包含时间的流逝。这些泵探针例如，技术能够用来丈量某些超快电子设备的速度。

诱导原子进入里德堡态是一种工程师的方便技巧，特别是在设计量子计算机时。不用说，物理学家曾经积聚了大量关于电子进入里德堡态时运动方式的信息。

但是，作为量子动物，它们的运动不像珠子在小算盘上滑动，更像是轮盘赌桌上，球的每一次滚动和腾跃都被紧缩成一场概率游戏。

里德伯电子轮盘这种猖獗游戏背地的数学规则被称为“里德伯波包”。

就像真实的波一样，在一个空间中有多个里德堡波包动摇会产生干预（a），从而产生特别的涟漪图案（b）。将足够多的里德伯波包扔进同一个原子池中，这些特别的方式将各自代表波包依照彼此的方式演化所需的不同时间（c）。

这组实验背地的物理学家着手测试的正是这些时间的“指纹”，表明它们足够分歧和牢靠，能够作为一种量子时间标记。

他们的研讨包含丈量激光激起氦原子的结果，并将他们的发现与理论预测进行匹配，以显现他们的签名结果如何能够持续一段时间。

“假如你运用计数器，你必须定义零。你从某一点开端计数，”来自瑞典乌普萨拉大学的物理学家玛尔塔·伯霍尔茨（Marta Berholts）小姐向记者表示。

“这样做的益处是，你不用启动时钟——你只需看着干预结构，然后说‘好吧，曾经4纳秒了。’"

演化里德伯波包的指南能够与其他方式的泵浦-探测光谱学分离运用，这些光谱学丈量微小尺度的事情，有时不太分明，或者只是太不方便丈量。

重要的是，没有一个指纹需求一个当时和往常作为时间的起点和终点。这就像权衡一个不知名的短跑运发起和许多以固定速度奔驰的竞争者之间的竞赛。

经过在泵浦-探测原子样本中寻觅干预里德伯堡态原子的特征，科学家能够察看到短暂到1.7万亿分之1秒（1/（1.7^12））的事情时间戳。

未来的量子手表实验能够用其他原子取代氦，以至运用不同能量的激光脉冲，以扩展时间戳指南，以顺应更普遍的条件。

上述实验运用了两束激光，一束激起，一束丈量，因而是应用了“察看者”效应，此举令人类对化学、物理变更中极端微小，致使接近普朗克时间（10^-43秒）的物质变更进行察看提供了可能，从而大大降低了时间丈量的误差，为开发更精准的“量子钟”提供了可能。

参考资料：

1、MIKE MCRAE：Scientists Found an Entirely New Way of Measuring Time（sciencealert）

2、Marta Berholts, Ronny Knut, Robert Stefanuik, Hampus Wikmark, Susmita Saha, and Johan Sderstrm：Quantum watch and its intrinsic proof of accuracy[M].:Phys. Rev. Research 4, 043041 – Published 18 October 2022

3、热力学四大定律延展史（大连理工大学）

4、普朗克尺度和普朗克时间（中科院物理所）