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。
系統和環境在時間上向前和向后移動，揭示了時間反轉變換背后的概念。圖片來源：《科學報告》雜志
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。
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