在倫敦國王學院,一組科學家發現了一組新的數學方程,這些方程使得任何隨機且不可預測的事件序列都能轉變為一個時鐘。這項研究顯示,即使是像海浪拍打岸邊或心臟跳動這樣混亂且不可預測的現象,也可以用來測量時間的流逝。這一新觀點顛覆了傳統的觀念,即時鐘必須以規律的節拍運行。研究的主要作者、國王學院物理系的高級講師馬克·米奇森(Dr Mark Mitchison)表示,他們的目標是找出建構時鐘所需的最基本要素。例如,即使被困在一個荒島上,是否仍然能夠精確地測量時間呢?
米奇森指出,他們發現了可以告訴人們如何通過計算周圍隨機事件來創建一個“時鐘”的方程式,這些隨機事件可能是海浪的拍打聲或心跳的頻率。這項研究關注於馬爾可夫過程,這是一系列隨機事件的序列,其中每一個新事件僅受前一事件的影響。這些過程的例子在自然界中隨處可見,從股票市場價值的不可預測波動到不規則的心跳節奏。研究顯示,通過分析這些不可預測的“跳躍”,科學家可以準確地測量時間的流逝。
這些方程不僅能夠建造一種新型時鐘,還可以作為探究宇宙基本性質的工具。這些新方程為基於古典物理學的時鐘精確度提供了一個嚴格的限制。這為何重要?因為如果一個系統的時間計量比方程預測的更為精確,這意味著可能還有其他因素在起作用,這些因素超越了古典物理學的範疇。在這裡,事情就變得有趣了,這暗示著潛在的量子效應。這或許就是為什麼像原子鐘這樣的量子技術能夠達到比任何古典時鐘更高的精度。
這些研究結果可能有助於理解生物系統如何測量時間。例如,考慮一下運動蛋白質 kinesin。它像一個微小的“分子機器”,將混亂的熱能轉化為有規律的、像時鐘般的運動,以運輸其他蛋白質。當這些分子機器發生故障時,可能導致嚴重的疾病,如運動神經元病。米奇森解釋說,將分子機器視為“時鐘”使我們更深入地了解一些自然過程如何在混亂中自發生成秩序。我們在宇宙中不同的尺度上看到這一現象,從生物體和生態系統到微觀世界。這一發現不僅提供了一種新的觀察宇宙的方式,還提出了一些科學上最大的問題,包括時間為何只能向前流逝、我們為何只有過去的記憶,以及時間是否存在於可度量的離散單位中。




