量子领域“时间之箭”可双向流动

在人们的认知中,时间是单向流动的,总是从过去流向未来。但如果时间的流向并不像人们所认为的那样固定不变,而是可以向前或向后流动,那会怎样?英国萨里大学研究人员的一项新研究表明,从理论上看,某些量子系统中可以产生相反的“时间之箭”。这挑战了时间单向流动的传统观念。相关论文发表在最新一期《科学报告》杂志上。

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几十年来,科学家一直对“时间之箭”的方向感到困惑。然而,物理学的基本定律并不“偏爱”单一方向。
举例说,当人们看到牛奶洒在桌子上并扩散开来,很明显,时间在向前流动。但如果人们像倒放电影一样,看到牛奶重新聚集回杯子里,就会立刻觉得不对劲,因为这种现象难以置信。然而,像钟摆运动这样的过程,无论是正向还是反向,看起来都同样合理。问题的关键在于,物理学的基本定律更像钟摆,它们并没有解释不可逆过程的存在。
新研究探讨了量子系统(即亚原子世界)如何与其环境相互作用,这种系统被称为“开放量子系统”。团队试图回答:为什么人们感知到的时间是单向流动的?这种感知是否源于开放量子力学的特性?
为了简化问题,他们做了两个关键假设:首先,将系统周围的环境简化为一个可以忽略的背景,从而专注于量子系统本身;其次,假设环境(整个宇宙)是如此之大,以至于能量和信息一旦消散就永远不会返回。这种方法使他们能够研究时间表现为一种单向现象,尽管在微观层面上,时间理论上可以双向流动。
即使应用了这些假设,系统在时间向前或向后流动时的行为仍然相同。这一发现为“时间反转对称性在开放量子系统中仍然成立”的观点提供了数学基础,表明“时间之箭”可能并不像人们体验的那样固定。
团队表示,这项研究最令人惊讶的部分是,即使在对描述开放量子系统的方程进行标准简化假设后,无论系统是向前还是向后移动,方程的行为仍然相同。
这为解决物理学中最大的谜团之一提供了新的视角。理解时间的真正本质可能对量子力学、宇宙学等领域产生深远影响。
本文采编:CY
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