新研究：量子世界時間既可前進也可後退

時間有前進和後退兩個流動方向的示意圖。(Shutterstock)

【大紀元2021年12月03日訊】（大紀元記者高文森編譯報導）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「熵」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熵，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。」

責任編輯：葉紫微