科技日報(bào)記者 張佳欣
在人們的認(rèn)知中，時(shí)間是單向流動(dòng)的，總是從過去流向未來。但如果時(shí)間的流向并不像人們所認(rèn)為的那樣固定不變，而是可以向前或向后流動(dòng)，那會(huì)怎樣？英國薩里大學(xué)研究人員的一項(xiàng)新研究表明，從理論上看，某些量子系統(tǒng)中可以產(chǎn)生相反的“時(shí)間之箭”。這挑戰(zhàn)了時(shí)間單向流動(dòng)的傳統(tǒng)觀念。相關(guān)論文發(fā)表在最新一期《科學(xué)報(bào)告》雜志上。
系統(tǒng)和環(huán)境在時(shí)間上向前和向后移動(dòng)，揭示了時(shí)間反轉(zhuǎn)變換背后的概念。圖片來源：《科學(xué)報(bào)告》雜志
幾十年來，科學(xué)家一直對“時(shí)間之箭”的方向感到困惑。然而，物理學(xué)的基本定律并不“偏愛”單一方向。
舉例說，當(dāng)人們看到牛奶灑在桌子上并擴(kuò)散開來，很明顯，時(shí)間在向前流動(dòng)。但如果人們像倒放電影一樣，看到牛奶重新聚集回杯子里，就會(huì)立刻覺得不對勁，因?yàn)檫@種現(xiàn)象難以置信。然而，像鐘擺運(yùn)動(dòng)這樣的過程，無論是正向還是反向，看起來都同樣合理。問題的關(guān)鍵在于，物理學(xué)的基本定律更像鐘擺，它們并沒有解釋不可逆過程的存在。
新研究探討了量子系統(tǒng)（即亞原子世界）如何與其環(huán)境相互作用，這種系統(tǒng)被稱為“開放量子系統(tǒng)”。團(tuán)隊(duì)試圖回答：為什么人們感知到的時(shí)間是單向流動(dòng)的？這種感知是否源于開放量子力學(xué)的特性？
為了簡化問題，他們做了兩個(gè)關(guān)鍵假設(shè)：首先，將系統(tǒng)周圍的環(huán)境簡化為一個(gè)可以忽略的背景，從而專注于量子系統(tǒng)本身；其次，假設(shè)環(huán)境（整個(gè)宇宙）是如此之大，以至于能量和信息一旦消散就永遠(yuǎn)不會(huì)返回。這種方法使他們能夠研究時(shí)間表現(xiàn)為一種單向現(xiàn)象，盡管在微觀層面上，時(shí)間理論上可以雙向流動(dòng)。
即使應(yīng)用了這些假設(shè)，系統(tǒng)在時(shí)間向前或向后流動(dòng)時(shí)的行為仍然相同。這一發(fā)現(xiàn)為“時(shí)間反轉(zhuǎn)對稱性在開放量子系統(tǒng)中仍然成立”的觀點(diǎn)提供了數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，表明“時(shí)間之箭”可能并不像人們體驗(yàn)的那樣固定。
團(tuán)隊(duì)表示，這項(xiàng)研究最令人驚訝的部分是，即使在對描述開放量子系統(tǒng)的方程進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)簡化假設(shè)后，無論系統(tǒng)是向前還是向后移動(dòng)，方程的行為仍然相同。
這為解決物理學(xué)中最大的謎團(tuán)之一提供了新的視角。理解時(shí)間的真正本質(zhì)可能對量子力學(xué)、宇宙學(xué)等領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。
本文鏈接：http://jphkf.cn/news-2-573-0.html量子領(lǐng)域“時(shí)間之箭”可雙向流動(dòng)
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