新研究:量子世界時間既可前進也可後退

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【新唐人北京時間2021年12月03日訊】一組物理學家進行的新研究發現,在量子系統內,時間可以同時擁有兩個進展方向——既可前進又可後退。

這份研究11月26日發表在自然(Nature)旗下的開放期刊《通訊·物理》(Communications Physics),啓發了人們對自然世界里時間流逝概念的新認知。

幾百年來,時間都是科學家和哲學家捉摸不透的謎。在自然界裡,人們從未感受到時間倒退的力量。在傳統物理學中,這被總結成了經典的定律:這個物質世界內的任何系統在沒有外在因素干涉的情況下,總是自發地從無序性低的狀態變成無序性高的狀態。這個物理系統的熱力學特性也被用於定義時間的流向。

具體一點說,物理學使用「」的概念描述系統的無序度,傳統物理學認為系統的熵總是自發地從低向高變化。也就是說,物理學把熵從低到高的變化,等同於時間「向前」進展的概念。

這份研究的主要研究者之一英國布里斯托大學(University of Bristol)量子工程技術實驗室的朱利亞·魯比諾(Giulia Rubino)說:「如果一個事件產生大量的,那麼根本不可能觀測到時間的後退。然而,對於只產生少量熵的事件,就有可能觀測到時間後退的現象。」

「我們以人們每天早上生活的例子來說明。如果我們看到已經擠出的牙膏縮回牙膏管內,我們會不假思索地認為這是倒序播放的畫面。可是,如果牙膏只被擠出一點點,那麼牙膏是有可能自己縮回去的。」

量子物理學研究的是微觀世界中的規律,科學家發現在微觀世界里很多規律都和經典物理學的認知不一樣。其中最基礎的就是所謂量子態的概念,物體可以同時處於兩種狀態,也稱為疊加態。薛定諤貓悖論就是疊加態的一個著名例子。

魯比諾說:「把這個概念擴展到時間軸,結果就是,量子系統內的時間可以同時擁有兩個進展方向。」

正如魯比諾所舉的牙膏畫面的例子,傳統物理學簡單地把牙膏擠出來的過程等同於時間「向前」的流動,這個規律在宏觀世界、也就是牙膏被大量擠出的情況下不會出現任何偏差。可是當牙膏被擠出很少量(達到微觀量級)的時候,按照此時間方向的定義,就有可能形成兩個時間進展方向疊加的狀態。

這份研究的另一位作者西班牙巴利阿里群島大學(University of the Balearic Islands)的貢薩洛·曼薩諾(Gonzalo Manzano)說:「我們的研究觀測了一個具有量子疊加態系統內熵的變化。當系統增加的熵達到非常少量的情形下,我們可以觀測到系統同時向兩個時間軸方向演化的現象。」

魯比諾說,這項研究不僅啓發人們重新思考在微觀世界內對時間概念的定義,對量子熱力學系統也有重要的潛在用途,比如熱機和制冷機的設計。「人們理所當然地認為時間只會持續不斷地向前推進。我們的研究表明,在量子力學所主宰的世界里,情況比這複雜得多。這意味著我們得重新思考對時間的認知,特別是在微觀世界中的情形。」

(轉自大紀元/責任編輯:葉萍)

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