新研究:量子世界时间既可前进也可后退

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【新唐人北京时间2021年12月03日讯】一组物理学家进行的新研究发现,在量子系统内,时间可以同时拥有两个进展方向——既可前进又可后退。

这份研究11月26日发表在自然(Nature)旗下的开放期刊《通讯·物理》(Communications Physics),启发了人们对自然世界里时间流逝概念的新认知。

几百年来,时间都是科学家和哲学家捉摸不透的谜。在自然界里,人们从未感受到时间倒退的力量。在传统物理学中,这被总结成了经典的定律:这个物质世界内的任何系统在没有外在因素干涉的情况下,总是自发地从无序性低的状态变成无序性高的状态。这个物理系统的热力学特性也被用于定义时间的流向。

具体一点说,物理学使用“”的概念描述系统的无序度,传统物理学认为系统的熵总是自发地从低向高变化。也就是说,物理学把熵从低到高的变化,等同于时间“向前”进展的概念。

这份研究的主要研究者之一英国布里斯托大学(University of Bristol)量子工程技术实验室的朱利亚·鲁比诺(Giulia Rubino)说:“如果一个事件产生大量的,那么根本不可能观测到时间的后退。然而,对于只产生少量熵的事件,就有可能观测到时间后退的现象。”

“我们以人们每天早上生活的例子来说明。如果我们看到已经挤出的牙膏缩回牙膏管内,我们会不假思索地认为这是倒序播放的画面。可是,如果牙膏只被挤出一点点,那么牙膏是有可能自己缩回去的。”

量子物理学研究的是微观世界中的规律,科学家发现在微观世界里很多规律都和经典物理学的认知不一样。其中最基础的就是所谓量子态的概念,物体可以同时处于两种状态,也称为叠加态。薛定谔猫悖论就是叠加态的一个著名例子。

鲁比诺说:“把这个概念扩展到时间轴,结果就是,量子系统内的时间可以同时拥有两个进展方向。”

正如鲁比诺所举的牙膏画面的例子,传统物理学简单地把牙膏挤出来的过程等同于时间“向前”的流动,这个规律在宏观世界、也就是牙膏被大量挤出的情况下不会出现任何偏差。可是当牙膏被挤出很少量(达到微观量级)的时候,按照此时间方向的定义,就有可能形成两个时间进展方向叠加的状态。

这份研究的另一位作者西班牙巴利阿里群岛大学(University of the Balearic Islands)的贡萨洛·曼萨诺(Gonzalo Manzano)说:“我们的研究观测了一个具有量子叠加态系统内熵的变化。当系统增加的熵达到非常少量的情形下,我们可以观测到系统同时向两个时间轴方向演化的现象。”

鲁比诺说,这项研究不仅启发人们重新思考在微观世界内对时间概念的定义,对量子热力学系统也有重要的潜在用途,比如热机和制冷机的设计。“人们理所当然地认为时间只会持续不断地向前推进。我们的研究表明,在量子力学所主宰的世界里,情况比这复杂得多。这意味着我们得重新思考对时间的认知,特别是在微观世界中的情形。”

(转自大纪元/责任编辑:叶萍)

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