時間可能快慢並存？新研究將驗證該量子特性

超高精度原子鐘概念圖。(Shutterstock)

2026-05-02 03:21 中港台時間|05-02 03:22 更新

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【大紀元2026年05月02日訊】（大紀元記者薛止墨編譯報導）一份近日發表的研究提出了利用超高精度原子鐘來測試時間流逝率的變異（即時間流動的不對稱性）的新構想。

在愛因斯坦的相對論中，「時間膨脹」（time dilation）的概念說明了，時間流逝的速度取決於觀察者的速度與位置。而在量子世界中，時間則展現出更違反直覺的行為，這被稱為「量子雙生子悖論（quantum twin paradox）」，它描述了時間如何能夠同時以快與慢的狀態「疊加」存在。（關於「雙生子悖論」，參見《新研究檢驗量子版愛因斯坦雙生子悖論》）

藉由超高精度原子鐘，以及從「囚禁離子量子計算」（trapped-ion quantum computing，基於離子阱的量子計算）發展出的技術，科學家正逐漸接近以實驗方式來驗證時間本身的量子本質。

時間並非恆定不變

對生活在地球上的我們而言，時間似乎相對恆定不變。除了人類某些巧妙的人為干預情況之外，時間一秒接著一秒地無可阻擋地流逝，彷彿永不停歇地向前推進。但在相對論與量子理論的極端世界裡，時間絕非恆定不變。

20世紀初，愛因斯坦透過他的狹義相對論，首次闡明了證明了「時間膨脹」的概念——即時間的流逝速度會因觀察者的速度與位置而有所不同。最經典的例子是：若你將自身加速至接近光速，那麼時間（至少從你的角度來看）將會趨於停止。

雖然這本身已夠令人難以置信了，但量子力學則用更誇張的方式進一步顛覆了這個概念。根據物理學家的理論，時間本身在理論上也可能處於量子疊加態，也就是說，它可以同時處於「流逝得快」與「流逝得慢」兩種狀態。

超高精度原子鐘的關鍵角色

然而，要驗證這個理論並不容易。不過，一項由史蒂文斯理工學院（Stevens Institute of Technology）、美國國家標準與技術研究院（National Institute of Standards and Technology，NIST）以及科羅拉多州立大學（Colorado State University）的科學家共同主導的新研究指出，這件事或許真的可行。

關鍵在於使用超高精度原子鐘，並結合為「囚禁離子量子計算」所開發的量子資訊技術。研究團隊認為，將這兩項技術結合起來，有望揭示量子層級中時間的新特性。這項研究成果已於4月20日發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）期刊上。

來自史蒂文斯理工學院的研究資深作者皮科夫斯基（Igor Pikovski）在新聞稿中表示：「時間在量子理論和相對論中扮演著非常不同的角色。我們所展示的是，把這兩個概念結合起來，可以揭示時間流逝中那些隱藏的量子特徵，而這些特徵已無法再用經典物理來描述。」

這個概念被稱為「量子雙生子悖論」。以著名的「薛定諤的貓」為例，理論物理學家薛定諤（Erwin Schrödinger）曾說明：在測量發生之前，一個系統可以同時處於兩種完全不同的狀態。這就是所謂的「疊加態」（superposition）。

若把這個概念延伸到時間領域，「薛定諤的貓」不僅可能同時處於生與死的狀態，它甚至可能同時處於「年老」與「年輕」的狀態。