《科學(xué)》:測(cè)到有史以來最短時(shí)間間隔,247仄秒!有什么用?

時(shí)間是連續(xù)的,還是一份一份的?
答案是:時(shí)間是一份一份的。最小的時(shí)間單位是普朗克時(shí)間,是光在真空里飛過一個(gè)普朗克長(zhǎng)度所需的時(shí)間,大約是5.4X10^-44秒,理論上這是最小的可測(cè)量時(shí)間間隔。
那么人類實(shí)際測(cè)量到的最短時(shí)間間隔是多少呢?
遠(yuǎn)古人類能夠測(cè)到的,可能是一天,時(shí)間分成昨天、今天和明天,再遠(yuǎn)一點(diǎn)就不知道是怎么回事了。
有了時(shí)鐘后,人們就可以測(cè)出1秒的時(shí)間間隔了。
隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展,我們可以測(cè)量的時(shí)間間隔也越來越短。
1999年,諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主艾哈邁德·澤韋爾將研究化學(xué)反應(yīng)的時(shí)間尺度縮至飛秒,即10^-15秒,一千萬(wàn)億分之一秒;
2004年,100阿秒,即10^-16秒,一億億分之一秒;
2010年,12阿秒,即1.2X10^-17秒;
2016年,850仄秒(zeptosecond),即8.5X10^-19秒。

10月16日,《科學(xué)》雜志發(fā)表德國(guó)歌德大學(xué)物理學(xué)家萊因哈德·德爾納(ReinhardD?rner)和德國(guó)羅斯托克大學(xué)斯文·格倫德曼(Sven Grundmann)的研究,他們將人類測(cè)得的最小時(shí)間間隔再次縮小到了247仄秒,即2.47X10^-19秒,這是光子從氫分子中一個(gè)原子飛到另一個(gè)原子上所需的時(shí)間。
德爾納和同事利用位于漢堡的Petra III 粒子加速器,精心設(shè)定了X射線的能量,用單個(gè)光子將氫分子中的兩個(gè)電子轟出,形成了一種可用冷靶反沖離子電子動(dòng)量成像譜儀(COLTRIMS)測(cè)量的干涉圖樣,記錄了氫分子在整個(gè)相互作用過程中的干涉圖樣和位置,精確計(jì)算出了光子從第一個(gè)氫原子飛到第二個(gè)氫原子之間的時(shí)間——247仄秒。

怎么樣?是不是已經(jīng)震驚得目瞪口呆了?假如1仄秒是現(xiàn)實(shí)中一秒鐘的話,那么我們的一秒鐘就相當(dāng)于27,777,777,777,777,778年,即2.8億億年,比整個(gè)宇宙的年齡還大得多;如果你今年是30歲,那么你可以自豪宣稱:我已經(jīng)活了94.6萬(wàn)億億億仄秒了!
從上面的時(shí)間表來看,雖然人類科技水平越來越高,但要測(cè)量越來越短的時(shí)間間隔已經(jīng)越來越難了,那么理論上我們能夠測(cè)到的最小時(shí)間間隔是多少?
普朗克時(shí)間就不要妄想了。
根據(jù)今年6月《物理評(píng)論快報(bào)》(Physical Review Letters)上的一項(xiàng)研究,美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)三位理論物理學(xué)家加勒特·溫德爾(Garrett Wendel)、路易斯·馬丁內(nèi)斯(LuisMartínez)和馬丁·博霍瓦爾德(Martin Bojowald)認(rèn)為,利用還未出現(xiàn)的量子振蕩器和類似原子鐘的振蕩器,可以通過它們的不同步來計(jì)算最小的時(shí)間間隔,理論上上限能夠達(dá)到10^-33秒,這還是普朗克時(shí)間的200億倍!
宇宙真是害人不淺哪,無論科學(xué)家們?nèi)绾闻?,離它最最細(xì)微的深處,我們?nèi)匀挥兄薮蟮?,可能永遠(yuǎn)也無法企及的距離。
那么,測(cè)量如此之小的時(shí)間間隔究竟有什么用呢?
目前暫還未有這種技術(shù)的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用,不過涉入越小的量子領(lǐng)域,我們對(duì)宇宙奧秘的理解就會(huì)更多,未來也有可能在精確測(cè)量飛秒、阿秒、仄秒的基礎(chǔ)上,在精確計(jì)量、研究化學(xué)反應(yīng)、研究量子理論等方面取得更大的突破。
參考:
Science:Zeptosecond birth time delay in molecular photoionization
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