量子力學，這個主宰微觀世界的奇異而美麗的理論，顛覆了一些我們熟悉的概念。量子世界引入了隧穿現象，粒子似乎違背了經典物理學，通過了它們似乎無法穿透的障礙。這就提出了一個根本性的問題：粒子穿過隧道需要多長時間？

傳統上，這個問題的答案一直難以捉摸。理論預測和間接測量值從“超光速或瞬間穿透”到更扎實的有限持續時間。問題在于在量子背景下定義“經過的時間”，在那里粒子可以是局域化的，而經典軌跡不適用。最近發表在《科學進展》的一篇論文，提出了一種統一的隧穿時間理論——一種由拉姆齊鐘推動的理論。

隧穿時間之謎

量子隧穿是量子力學的基石，它描述了粒子穿過經典上無法逾越的勢壘的能力。想象一個球在平坦的表面上滾動，遇到了一堵墻。經典上，球會簡單地反彈。然而，在量子世界中，存在一定的概率，球會出現在墻的另一邊，似乎是瞬間傳送過去的。

量子力學的這種概率性質使得難以確定隧穿的粒子的確切路徑或軌跡。與經典力學不同，在經典力學中，粒子遵循明確的路徑，而在量子領域，它們可以作為波包存在，分散在空間中。這種局域化創造了一個問題：對于一個確切位置不確定的粒子，我們如何定義“隧穿時間”？

此外，早期測量隧穿時間的方法依賴于間接方法，導致了相互矛盾的結果。一些實驗暗示了超光速隧穿（比光速快），這違反了相對論定律。其他實驗則暗示了瞬間隧穿，這是一個完全違背我們對時間的理解的概念。(www.ws46.com)

測量隧穿時間的問題歸結為兩個關鍵挑戰。首先正如前面提到的，在量子領域，“隧穿時間”的概念本身變得模糊不清。粒子可以分散，難以確定它們何時進入或退出障礙。其次，任何測量儀器必然會與粒子相互作用，這可能會影響隧穿過程本身。將實際的隧穿時間與測量設備的交互時間分開，對于獲得準確的結果至關重要。

這些挑戰導致了關于隧穿時間本質的長期爭論。我們能否真正測量它們，或者它是量子世界中一個根本上無法量化的方面？

引入拉姆齊鐘

最近提出的統一隧穿時間理論的關鍵在于一個巧妙的工具——拉姆齊鐘。拉姆齊鐘利用原子內部能量狀態來創建一個高度精確的計時器。通過用特定序列（稱為拉姆齊序列）的激光脈沖操縱這些狀態，科學家可以測量微小的時差，具有極高的精度。

使用拉姆齊鐘進行隧道實驗的關鍵思想在于它們能夠同時充當“隧穿粒子”和參考鐘。

• 隧穿鐘：原子被準備成特定的內部狀態，然后將它們置于一個勢壘下，允許它們穿過去。

• 參考鐘：另一組原子保持在初始狀態，作為參考點。

• 拉姆齊序列：兩組原子都受到拉姆齊序列的影響，該序列操縱它們的內部狀態并允許精確測量任何發生的相移。

這種方法的優點在于它能夠消除可能影響測量的共同因素。例如，任何時間膨脹效應（由于隧穿過程）或來自激光脈沖的相位噪聲都會同樣影響隧穿鐘和參考鐘。

通過比較隧穿原子的相移和參考原子的相移，科學家可以隔離由于隧穿事件而產生的唯一時間差。這種方法為測量隧穿時間提供了一種更直接、更可靠的方法。

使用拉姆齊鐘代表著邁向統一隧道時間理論的重要一步。使用拉姆齊時鐘的初步實驗證實了有限隧穿時間的存在。粒子不會瞬間隧穿，也不會超光速隧穿。