物理学家说时间实际上能向后流动

Stav Dimitropoulos

Fri, April 22, 2022, 10:49 PM

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·                                 一篇新论文提出时间实际上能向前和向后流动。

·                                 微观系统能自然的朝向更低熵演变，这意味着它们可以回到一个先前状态。

·                                 人类不在量子层面上感知到这些微观现象。

艾萨克·牛顿的一个普遍滴答的时钟的图片或多或少地总结我们怎样理解时间的：时间之箭只向前移动，残酷的剥夺我们来重访过去的机会。

然而，并非所有人都认为这是理所当然的，正如由阿尔伯特·爱因斯坦证明的那样，在他的1905年狭义相对论中陈述时间是一种相对于一个观察者的移动的幻觉。今天，像朱利安·巴伯这样的物理学家已经写了一本关于时间幻觉的书，他说变化是真的，但时间不是，时间只是一个变化的反映。就在上周，一组物理学家发表了一篇新论文，提出量子系统能在时间中向前和向后移动。

为了理解为什么科学家之前确定了时间只知道一个方向------向前------我们需要检查热力学第二定律。它生命在封闭系统中，系统的熵（即系统内无序性和随机性的度量）仍然哼哼定的或增加。如果我们的宇宙是一个闭环，像一个球一样蜷缩起来，它的熵能永远不减少，这意味着宇宙将永远不会回到一个更早的点。但是，如果时间之箭观察了熵变化是小的地方的现象呢？

布里斯托尔大学的博士后研究员就利亚鲁比诺说，“以一个容器中的气体为例” ，她是发表在《通信物理学》上的新论文的主要作者。“让我们假设在开始时，气体只占据了容器的一半。然后想象一下我们去掉将气体约束在容器一半内的阀门，以便气体现通过平整个容器自由来膨胀”。

这些粒子将开始在容器的整个体积中自由移动。随着时间气体将占据整个容器。鲁比诺说，“原则上，有一个气体在某个时候自然返回到占据容器的一半的非零可能性，只有这个概率变得越小，构成气体的粒子数更大”。如果只有三个气体粒子而不是宏大量的气体（包括数十亿个粒子），这几个粒子最终有可能再次坐在容器的它们最初从其开始的部分会是可能的。鲁比诺说，“热力学第二定律是一个统计定律，在一个宏观系统中平均而言是真的”。在一个微观系统中，我们可能会看到这个系统自然的朝向更低熵的演变局势。

她和她的同事们好奇了关于在量子领域中应用这种范式的后果。按照量子超位的原理，单个单位（例如，光）能同时以两种状态存在，既为波又为粒子，根据你正在测试的表现为一个或另一个。鲁比诺的团队观察了一种其状态在时间上向后和向前演化的量子超位。测量表明了往往是这个系统最终在时间中向前移动。但对微小的熵变化，系统实际上可以继续在时间中向前和向后演变。

因此这些复杂的物理概念怎样转化为实际的人类体验呢？它是开始来收拾行李准备一个时间中向后旅行的最终时候吗？拉住你的马的缰绳。

 鲁比诺说，“我们人类是宏观系统。我们不能感知这些量子超位态的时间演化，对我们来说，时间真的向前移动。不过，这可能是这个世界有点未被决定的”。鲁比诺解释说，“在最基本的层面上，这个世界是由量子系统组成的（它们可以向前和向后移动），更深入地了解在这些基本成分的层面上怎样来描述这些时间成分的流动，可以允许我们来制定更精确的来描述它们的理论，并最终获得一个我们所居住的世界的物理现象的更深入理解”。

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然而，并非所有人都同意宏观和微观之间的区别是明确的。南卡罗来纳州克莱姆森大学物理与天文学系助理教授拉马赛克李世娜泡迪拉说，多粒子统计对单粒子统计是一种来描述事物的更准确方式。甚至单个粒子也有它自己独特的微观状态。波迪拉认为，在我们寻求理解时间中，我们正在物理现实之前放方程式，而忽略了这一点。

他说，“将时间之箭与熵或一个量子力学系统坍塌（如论文中所述）联系起来不是正式的陈述，而是易于来用的流行方法”。甚至时间演变向前本身也不是一个公理，而是一个天体物理学家亚瑟·爱丁顿在1927年捏造并推广的理论。波迪拉说，“使用这些想法并不能使它们成为真理。当我们忘记真实的、支撑的物理学（普遍接受的公理）时，我们会想出各种疯狂的东西”。

因此，也许最后的前沿是时间（而不是太空），尽管心爱的詹姆斯·柯克船长在每集《星际迷航》的开头都重复了一遍。或者，也许想法是空时空间和时间一起融合成一个交织的连续体。自从爱因斯坦提出他的相对论以来，我们就不再将空间视为一个三维图形和将时间视为一维图形。鲁比诺说，“时间成为描述空间和时间的一个四维向量的第四个元素”。这是一个我们仍然在挠头的统一的、动态的实体。