科学家发现，单个量子比特的时间演化竟映射出三维空间的几何奥秘。

科学家在研究一个量子比特随时间变化的行为时，意外发现其中竟然隐藏着三维空间几何结构的线索。这一发现不仅让人惊叹，也重新点燃了关于时空本质的讨论。

19世纪的物理学家普遍认为，空间和时间是彼此独立的。而如今，两位研究者开始怀疑，这种看法或许并没有错。他们的推论来自对量子比特行为的深入研究，甚至挑战了当下物理界普遍接受的观点：四维时空才是现实世界的根基。

所谓量子比特，简单来说，就是一种可以处于两种状态之间的微观对象，比如两个不同的自旋状态。由于它属于量子体系，量子比特还能处于这些状态的叠加态，展现出普通物体无法拥有的奇特特性。

多年来，科学家们在探索量子比特数学描述时，时常隐约感受到其中似乎暗藏着与空间几何有关的深层联系。来自牛津大学的Vlatko Vedral就说过，量子比特的数学模型一直让人浮想联翩。而现在，他和海南大学的James Fullwood一起，终于提出了一种新的数学解释：空间的几何结构，或许就藏在量子比特随时间演化的行为之中。

他们的研究从一个简单模型入手，设想一位实验者在一段时间内对单个量子比特进行连续测量。他们并没有假设量子比特的初始状态如何，而是专注于不同时间间隔内测量结果之间的关联。换句话说，他们在分析：今天量子比特的行为，是否和它过去24小时的行为有关？又或者和48小时前的行为有关？

结果令人惊喜。这些测量结果之间的关联模式，竟然在数学上与三维空间的结构极为相似。更具体地说，研究者们从量子比特的时间行为中，推导出了描述空间距离的公式，也就是所谓的“欧几里得度量”。

当然，Vedral也坦言，我们所处的空间结构，比他们通过计算得到的模型要复杂得多。但即便如此，仅仅通过对一个量子比特的简单观察，就能重现三维欧几里得空间，依然是一个令人振奋的线索。他说：“令人惊讶的是，只要一个量子比特，就足以还原完整的三维空间。”

更引人遐想的是，这项研究似乎还暗示，时间和空间或许并非密不可分。如果空间的几何能从时间中推导出来，那么时间本身也许是独立存在的。按照目前流行的理论，空间和时间共同构成了四维连续体——时空，这是我们理解世界的基石。如果将两者拆开，就等于对爱因斯坦的狭义相对论提出挑战，自然也就成了物理学界颇具争议的观点。

不过，也有一些科学家支持这种分离的设想。比如加拿大圆周理论物理研究所的Lee Smolin就认为，时间比空间更加基础。不过，他的时间观并不与这项新研究的数学框架相符。他提出，时间并不是静止的，也不需要特定的结构来描述，而应该被理解为一个接一个发生的当下时刻，仿佛世界的脉搏一样跳动不息，而没有任何固定的框架来约束它。

本文译自 New Scientist，由 BALI 编辑发布。