我相信大部分人都曾經(jīng)聽過類似這樣一個(gè)故事：一位飛行員在繞地球飛行數(shù)十年之后，回到地球，結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)兄弟姐妹似乎比他老了幾歲，從外表可以很明顯地看出歲月的痕跡。姑且不論這個(gè)故事的真假，但更重要的是它背后隱含的真理。事實(shí)上，這是有可能的！

根據(jù)廣義相對論，一個(gè)人地速度越快，他周遭地時(shí)間流逝就越慢，當(dāng)接近光速時(shí)，時(shí)間基本停止，當(dāng)然，對外界來說，時(shí)間仍是正常地。近日科學(xué)家通過新研究發(fā)現(xiàn)任何量子引力理論都將不得不與一些奇怪的時(shí)間問題作斗爭。

你可能聽說過薛定諤的貓，著名的薛定諤貓思維實(shí)驗(yàn)要求觀眾想象一個(gè)盒子里裝著一只貓和一個(gè)放射性粒子，一旦衰變，就會(huì)殺死這只不幸的貓。根據(jù)量子疊加原理，貓的存活或死亡的概率是相等的，直到盒子被打開，貓同時(shí)是活的和死的。在量子力學(xué)中，疊加意味著一個(gè)粒子可以同時(shí)以多種狀態(tài)存在，就像薛定諤的貓一樣。而這項(xiàng)研究就與此有關(guān)，現(xiàn)在把你的思想集中在薛定諤的時(shí)間上，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一個(gè)事件可以同時(shí)成為另一個(gè)事件的因果關(guān)系。

這種情況在任何量子引力理論中都是不可避免的。量子引力理論是物理學(xué)中一個(gè)仍不為人知的領(lǐng)域，它可以將阿爾伯特·愛因斯坦的廣義相對論與量子力學(xué)的工作原理結(jié)合起來。在一篇新論文中，科學(xué)家們設(shè)想了一顆巨大的行星附近的星際飛船，它的質(zhì)量減緩了時(shí)間，從而創(chuàng)造出了這兩者的混合體。他們的結(jié)論是，星際飛船可能會(huì)發(fā)現(xiàn)自己處于一種因果顛倒的狀態(tài):一個(gè)事件可能會(huì)導(dǎo)致之前發(fā)生的另一個(gè)事件。

“我們可以設(shè)想這樣一種情景，即時(shí)間順序或因果關(guān)系處于顛倒或不顛倒的疊加狀態(tài)，”該研究的合著者、新澤西州史蒂文斯理工學(xué)院量子科學(xué)與工程中心的物理學(xué)家伊戈?duì)枴てた品蛩够?Igor Pikovski)說。“一旦我們有了一個(gè)完整的量子引力理論，我們就會(huì)期待這一切的發(fā)生?！?/p>

而這項(xiàng)新的思維實(shí)驗(yàn)將量子疊加原理與愛因斯坦的廣義相對論相結(jié)合。廣義相對論認(rèn)為，一個(gè)巨大物體的質(zhì)量可以減慢時(shí)間。而皮科夫斯基證實(shí)，這是公認(rèn)的真理，比如繞地球軌道運(yùn)行的宇航員體驗(yàn)時(shí)間的速度要比他或她回到地球上的孿生兄弟快一點(diǎn)點(diǎn)。

因此，如果一艘未來的宇宙飛船靠近一顆巨大的行星，它的宇航員所經(jīng)歷的時(shí)間就會(huì)比駐扎在更遠(yuǎn)的宇宙飛船上的人慢一點(diǎn)。現(xiàn)在，加入一點(diǎn)量子力學(xué)，你可以想象這樣一種情況，那顆行星同時(shí)被疊加在兩個(gè)航天器的附近和遠(yuǎn)處。

在這種兩艘船在不同時(shí)間線上經(jīng)歷時(shí)間的疊加場景中，因果關(guān)系可能會(huì)變得不穩(wěn)定。例如，假設(shè)這兩艘船被要求執(zhí)行一項(xiàng)訓(xùn)練任務(wù)，在該任務(wù)中，它們互相射擊并躲避對方的射擊，并且雙方完全知道導(dǎo)彈將在什么時(shí)候發(fā)射并攔截它們的位置。如果附近沒有大質(zhì)量的行星干擾時(shí)間的流動(dòng)，這是一個(gè)簡單的練習(xí)。但是如果那顆巨大的行星存在，而船長沒有考慮到時(shí)間的緩慢，船員們可能會(huì)來不及躲避，最終被摧毀。

由于這顆行星在近處和遠(yuǎn)處同時(shí)處于疊加狀態(tài)，我們不可能知道這兩艘飛船是會(huì)躲避得太遲而彼此毀滅，還是會(huì)靠邊站而幸存下來。此外，皮科夫斯基說，因果關(guān)系是可以逆轉(zhuǎn)的。想象兩個(gè)事件，A和B，是因果相關(guān)的。

皮科夫斯基認(rèn)為，“A和B可以相互影響，一種情況下A在B之前，而另一種情況下B在A之前”處于疊加狀態(tài)。這意味著A和B同時(shí)是彼此的因果關(guān)系。幸運(yùn)的是，對于這些想象中的宇宙飛船上可能感到困惑的宇航員來說，他們將有一種數(shù)學(xué)方法來分析彼此的傳輸信號(hào)，以確認(rèn)它們處于疊加狀態(tài)。顯然，在現(xiàn)實(shí)生活中，行星不會(huì)在星系中隨意移動(dòng)。但是即使沒有完整的量子引力理論，這個(gè)思想實(shí)驗(yàn)也可能對量子計(jì)算有實(shí)際意義。通過在計(jì)算中使用疊加，量子計(jì)算系統(tǒng)可以同時(shí)評估一個(gè)過程的因果關(guān)系。簡單來說，量子計(jì)算機(jī)或許能夠利用這一點(diǎn)進(jìn)行更有效的計(jì)算。