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量子領域“時間之箭”可雙向流動

2025-02-15 01:35:00 來源: 科技日報 點擊數:

科技日報記者 張佳欣

在人們的認知中,時間是單向流動的,總是從過去流向未來。但如果時間的流向并不像人們所認為的那樣固定不變,而是可以向前或向后流動,那會怎樣?英國薩里大學研究人員的一項新研究表明,從理論上看,某些量子系統中可以產生相反的“時間之箭”。這挑戰了時間單向流動的傳統觀念。相關論文發表在最新一期《科學報告》雜志上。

幾十年來,科學家一直對“時間之箭”的方向感到困惑。然而,物理學的基本定律并不“偏愛”單一方向。

舉例說,當人們看到牛奶灑在桌子上并擴散開來,很明顯,時間在向前流動。但如果人們像倒放電影一樣,看到牛奶重新聚集回杯子里,就會立刻覺得不對勁,因為這種現象難以置信。然而,像鐘擺運動這樣的過程,無論是正向還是反向,看起來都同樣合理。問題的關鍵在于,物理學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(即亞原子世界)如何與其環境相互作用,這種系統被稱為“開放量子系統”。團隊試圖回答:為什么人們感知到的時間是單向流動的?這種感知是否源于開放量子力學的特性?

為了簡化問題,他們做了兩個關鍵假設:首先,將系統周圍的環境簡化為一個可以忽略的背景,從而專注于量子系統本身;其次,假設環境(整個宇宙)是如此之大,以至于能量和信息一旦消散就永遠不會返回。這種方法使他們能夠研究時間表現為一種單向現象,盡管在微觀層面上,時間理論上可以雙向流動。

即使應用了這些假設,系統在時間向前或向后流動時的行為仍然相同。這一發現為“時間反轉對稱性在開放量子系統中仍然成立”的觀點提供了數學基礎,表明“時間之箭”可能并不像人們體驗的那樣固定。

團隊表示,這項研究最令人驚訝的部分是,即使在對描述開放量子系統的方程進行標準簡化假設后,無論系統是向前還是向后移動,方程的行為仍然相同。

這為解決物理學中最大的謎團之一提供了新的視角。理解時間的真正本質可能對量子力學、宇宙學等領域產生深遠影響。

責任編輯:常麗君

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