“薛定谔的时间”：量子引力可以逆转因果关系

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北京时间9月2日消息，据国外媒体报道，继“薛定谔的猫”之后，又有科学家提出了“薛定谔的时间”概念。也就是说，某个事件可以是另一事件的起因、也可以同时是另一事件的结果。

这种情况也许在任何量子引力理论中都难以避免。在最近发表的一篇论文中，科学家设想了这样一种场景：几艘星际飞船聚集在一颗巨大的行星附近，由于这颗行星质量极大、减慢了时间的流逝，因此这些飞船上可能会发生因果倒置的情况，即作为“结果”的事件发生在了作为“起因”的事件之前。

科学家指出，在这种情况下，时间顺序、或者说因果关系便处在了“倒置”或者“不倒置”的叠加态上。一旦我们掌握了完整的量子引力理论，必然躲不开这种情况。

量子时间

“薛定谔的猫”其实是一个著名的思想实验，它假想有一只猫被关在一个盒子中，盒子里有一种放射性物质，一旦衰变，就会将猫杀死。根据量子叠加态原理，在对猫的状态进行观测之前，猫“活着”和“死去”的概率是完全相等的。也就是说，在打开盒子之前，猫可以同时处于“活着”和“死去”两种状态。而在量子力学中，叠加态指一个粒子可以同时以多种状态存在，就像薛定谔的猫一样。

而最近发表的这个思想实验则将量子叠加态原理与爱因斯坦的广义相对论结合在了一起。广义相对论指出，巨大物体质量可以使时间放慢，这一点已经得到证实，并且这种效应是可以被测量的。例如，对一名在太空中绕地球旋转的宇航员来说，时间会过得比地球上稍微快一些。因此，假设未来有一艘宇宙飞船来到了一颗巨型行星附近，飞船上的人感受到的时间便会比远处飞船上感受到的慢一些。此时这颗行星对于两艘飞船上的人而言，便同时处于“近”和“远”两种状态之中。

时间错乱

在这种叠加态中，两艘飞船上的人经历着两条不同的时间线，因此因果关系可能会变得十分错乱。例如，假设两艘飞船要进行军事演练，既要朝对方开火、又要避开对方火力，并且双方都很清楚对方准备开火的时间。假如附近没有巨型行星干扰时间线，这就只是一次简单的演习而已。但假如有这么一颗巨型行星、并且双方舰长均未考虑到时间变慢的因素，飞船就可能来不及躲开导弹、结果被击中摧毁。

由于行星处在“近”和“远”的叠加态上，两艘飞船无法得知自己是否能及时避开对方的射击。不仅如此，在这种情况下，“因”和“果”还会发生倒置。假设有两起具有因果关联的事件，分别叫做A和B。在叠加态中，A事件和B事件可以相互影响，但有时A会先于B发生，有时B又会先于A发生。这就意味着，A和B可以同时互为对方的“因”和“果”。

当然了，在现实生活中，我们并不会受到这样的干扰。但这种思想实验对量子计算机的研制具有一定的现实意义。即使我们尚未弄清整套量子引力理论，这种概念也对我们有很大帮助。如果能在计算中充分利用叠加态，量子计算机系统就能同时从“因”和“果”两个角度出发、对某个过程进行评价了。这样一来，量子计算机的效率或许可以进一步提高。