科学家发现光的“负时间”现象 量子物理再添奇观

加拿大 多伦多大学的科学家最近有了惊人发现：光竟然可以“提前离开”它进入的物体！这个被称为“负时间”的现象，再次挑战了我们对时间的认知，展现了量子世界的神奇魅力。这项研究成果已于近日发表在科学预印本平台arXiv上。

科学新闻网站《Science Alert》报导，在量子物理中，许多现象超出我们日常经验的理解，如光子（photon）既可表现为粒子也可作为波，甚至有“远距作用”的现象。而现在，多伦多大学的安古洛（Daniela Angulo）带领的研究团队，发现了另一个奇特现象：光子竟然可以在超低温原子云中停留“负时间”光子可以“提前”穿过冷却原子云，似乎以“负时间”离开物质。

多伦多大学的物理学家斯坦伯格（Aephraim Steinberg）在社交平台X上表示，他们的实验观测到光子能使原子似乎在“负时间”内保持激发状态。这意味著，光子看似在尚未进入物体前便已离开了，挑战了我们对时间的基本认知。

这项研究灵感来自2017年，当时斯坦伯格与他的博士生约辛克莱（Josiah Sinclair）对光与物质的互动产生了浓厚兴趣，特别是“原子激发”（atomic excitation）现象。简单来说，当光子穿过物质时，原子会吸收光子并进入激发状态，随后再释放光子恢复原状。原本，科学家认为这个过程的时间应该总是正数，但实验结果却显示，有时光子似乎在“负时间”内完成这一过程。

实验团队利用极冷的铷（rubidium，一种柔软、银白色的硷金属元素，原子序数为37）原子进行了测试，意外发现有时候即便光子未被吸收，原子依然会进入激发状态；而当光子被吸收后，它似乎瞬间被重新发射，快于预期，仿佛光子早已穿过了原子云。这一现象促使科学家与澳洲格里菲斯大学的怀斯曼（Howard Wiseman）教授合作，提出了新的理论，解释时间在量子世界中并不总是按照我们熟悉的方式运行。

虽然这个发现不意味著我们能够改变时间或回到过去，但它揭示了量子世界中的时间概念远比我们想像的更为複杂。斯坦伯格教授指出，这一研究为我们了解光子与物质之间的相互作用打开了新的大门，也可能促进未来量子技术的发展。