布里斯托爾大學(xué)、維也納大學(xué)、巴利阿里群島大學(xué)和維也納量子光學(xué)和量子信息研究所（IQOQI-Vienna）的一個物理學(xué)家團(tuán)隊展示了量子系統(tǒng)如何同時沿著兩個相反的時間箭頭向前和向后演化。

這項研究發(fā)表在最新一期的《通信物理學(xué)》上，人們需要重新思考在量子法則發(fā)揮關(guān)鍵作用的情況下，應(yīng)如何理解時間流，以及它是如何呈現(xiàn)出來的。

幾個世紀(jì)以來，哲學(xué)家和物理學(xué)家一直在思考時間的存在問題。然而，在現(xiàn)實世界中，人們不會懷疑時間的存在和推進(jìn)。事實上，在自然界中，各種過程傾向于從無序程度較低的狀態(tài)自發(fā)地演變?yōu)闊o序程度較高的狀態(tài)，而這種演變可以用來確定時間。在物理學(xué)中，人們用“熵增”對其進(jìn)行描述，熵是定義系統(tǒng)中無序程度的物理量。

科學(xué)家說：“如果一個現(xiàn)象產(chǎn)生了大量的熵，那么觀察它的時間反轉(zhuǎn)是不可能的。然而，當(dāng)熵足夠小時，觀察一個現(xiàn)象的時間反轉(zhuǎn)自然發(fā)生的概率是不可忽略的。”

“例如，如果我們看到牙膏從牙刷自發(fā)地回到牙膏管里，我們會認(rèn)為時間發(fā)生逆流了。但是，如果我們輕輕擠壓牙膏管，使牙膏只露出一小部分，如果它自發(fā)地回到牙膏管里，我們就無法斷定是時間發(fā)生了逆流（假設(shè)會發(fā)生），還是被大氣壓擠回牙膏管里的。”

該研究的作者將這一想法應(yīng)用于量子領(lǐng)域，其特殊性之一是量子疊加原理，根據(jù)這一原理，如果一個量子系統(tǒng)的兩種狀態(tài)都是可能的，那么該系統(tǒng)也可以同時處于兩種狀態(tài)。

科學(xué)家說：“雖然這個想法在應(yīng)用于日常生活時顯得相當(dāng)無厘頭，但在其最根本的層面上，宇宙的規(guī)律是基于量子力學(xué)原理的。這就提出了一個問題：為什么我們在自然界中從未遇到過這些時間流的疊加現(xiàn)象。”

來自巴利阿里群島大學(xué)的合著者岡薩洛·曼扎諾博士（Gonzalo Manzano）說：“在我們的工作中，我們量化了一個系統(tǒng)在量子疊加過程中產(chǎn)生的熵，該過程具有相反的時間箭頭。我們發(fā)現(xiàn)這通常會導(dǎo)致將系統(tǒng)投射到一個定義明確的時間方向上，對應(yīng)于兩個過程中最可能的過程。然而，當(dāng)涉及到少量的熵時，那么人們就可以從物理上觀察到系統(tǒng)同時沿向前和向后的時間方向演化的后果。”

這項工作在量子熱力學(xué)方面也具有實際意義。將量子系統(tǒng)置于交替時間箭頭的疊加中，可以在熱機(jī)和冰箱的性能方面提供優(yōu)勢。

科學(xué)家說：“雖然時間經(jīng)常被當(dāng)作一個持續(xù)增加的參數(shù)，但我們的研究表明，在量子力學(xué)背景下，支配其流動的規(guī)律要復(fù)雜得多。這可能表明，我們需要重新思考我們在所有那些量子定律發(fā)揮關(guān)鍵作用的背景下，表示這一個參數(shù)的方式。”

該研究論文題為"Quantum superposition of thermodynamic evolutions with opposing time’s arrows"，已發(fā)表在《通訊物理》期刊上。

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參考資料：https://www.nature.com/articles/s42005-021-00759-1

標(biāo)簽： 物理 量子 時間