物理界新突破！在量子領域，時間可能有兩個方向

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

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

幾個世紀以來，哲學家和物理學家一直在思考時間的存在問題。然而，在現實世界中，人們不會懷疑時間的存在和推進。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自發地演變為無序程度較高的狀態，而這種演變可以用來確定時間。在物理學中，人們用“熵增”對其進行描述，熵是定義系統中無序程度的物理量。

科學家說：“如果一個現象產生了大量的熵，那么觀察它的時間反轉是不可能的。然而，當熵足夠小時，觀察一個現象的時間反轉自然發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地回到牙膏管里，我們會認為時間發生逆流了。但是，如果我們輕輕擠壓牙膏管，使牙膏只露出一小部分，如果它自發地回到牙膏管里，我們就無法斷定是時間發生了逆流（假設會發生），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用于量子領域，其特殊性之一是量子疊加原理，根據這一原理，如果一個量子系統的兩種狀態都是可能的，那么該系統也可以同時處于兩種狀態。

科學家說：“雖然這個想法在應用于日常生活時顯得相當無厘頭，但在其最根本的層面上，宇宙的規律是基于量子力學原理的。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象。”

來自巴利阿里群島大學的合著者岡薩洛·曼扎諾博士（Gonzalo Manzano）說：“在我們的工作中，我們量化了一個系統在量子疊加過程中產生的熵，該過程具有相反的時間箭頭。我們發現這通常會導致將系統投射到一個定義明確的時間方向上，對應于兩個過程中最可能的過程。然而，當涉及到少量的熵時，那么人們就可以從物理上觀察到系統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方面也具有實際意義。將量子系統置于交替時間箭頭的疊加中，可以在熱機和冰箱的性能方面提供優勢。

科學家說：“雖然時間經常被當作一個持續增加的參數，但我們的研究表明，在量子力學背景下，支配其流動的規律要復雜得多。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揮關鍵作用的背景下，表示這一個參數的方式。”

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

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

標簽： 物理 量子 時間