新量子实验测量光子与原子交互作用，证实“负时间”效应

长久以来被当成数学假象的量，其实能以2种完全不同方法测出一致结果。近日一项量子物理实验证实光子穿越原子时可呈现负停留时间现象，即光子在进入物质云后重新出现前，似乎花了“负”时间与原子相互作用。

研究团队利用单光子脉冲穿过一团铷原子云（rubidiumcloud），当原子能阶与光子能量“共振”，光子能量能暂时转移给原子形成激发态，于原子云“停留”一段时间再被释放。

为了产生共振，光子必须具明确能量才能激发铷原子，但根据海森堡不确定性原理，如果光子能量被明确定义，那么它的出入时间则不确定。也就是说，我们无法准确知道光子何时进入原子云，只能知道它平均何时进入。

实验最常见的结果是光子被原子散射（改变方向）而无法直线穿过，但也有少数成功直线穿过的光子，其到达时间却比预期提早许多，对应为“负驻留时间”，这种现象早在1993年就已观测到，但当时多数物理学家认为这只是假象——只有光脉冲最前端成功穿过，导致平均到达时间提早。

现在，一项新研究直接对原子进行测量，就像询问光子是否真的在原子内停留过，但因精确测量原子会触发量子芝诺效应（Zenoeffect），破坏原有交互作用，因此研究人员改用弱测量技术：发射与单光子脉冲无关的微弱雷射光束穿过原子云，借由测量光束相位微小变化，探测原子是否处于激发态。

负时间是量子效应

经过数百万次实验并平均测量结果，团队证实当光子直线穿过原子云，原子被激发的平均驻留时间确实为负值，恰好等于光子平均到达时间推算出的负时间数值。

具体来说，新实验证实负时间不是数学假象，而是对物理系统产生实际效应的量子现象，研究结果完全符合标准量子力学。

虽然该实验仅限于特定共振条件下的冷原子系统，尚未推及其他量子交互作用情景，也不代表时间旅行成真，但直接测量这类负时间效应，正为“时间”在微观尺度下的行为提供新观察视角。