量子领域“时间之箭”可双向流动

来源：科技日报

作者：张佳欣

向前轨迹

向后轨迹

未来

过去

过去

未来

系统和环境在时间上向前和向后移动，揭示了时间反转变换背后的概念。图片来源：《科学报告》杂志

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。

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。