时光也许可以倒流 但仅限微观粒子

2017-12-07 新浪科技


物理学家发现,在特定条件下,热量可以从一个低温量子粒子自发流向温度更高的粒子,相当于逆转了“时间箭头”。

时光穿梭机器
“时间箭头”、又名“时间之箭”的概念由英国天文学家亚瑟·艾丁顿于1927年提出,认为时间是“单向的”、“不对称的”。图为英剧《神秘博士》中的时光穿梭机器Tardis。

12月7日消息,据国外媒体报道,一项新实验发现,时空旅行并非不可能实现——至少对亚原子粒子是如此,物理学家发现,在特定条件下,热量可以从一个低温量子粒子自发流向温度更高的粒子,相当于逆转了“时间箭头”。

研究人员指出,虽然这项发现并不意味着我们可以制造出时光穿梭机,但证明了量子世界的确有一套全然不同的运作规则。

这项新实验“说明时间箭头并不是一个绝对概念,而是相对概念。”该研究的共同作者、德国埃尔朗根·纽伦堡大学的理论物理学家埃里克·卢兹(Eric Lutz)指出。该研究考察了热量从较热物体到较冷物体的流动过程。“我们采用核磁共振装置,考察了两个在温度不同的局部热态中准备的、自旋为-?、且存在相关性的量子粒子,由此证实时间可以逆向流动。”

该实验实际上是为了证明热量不可能从温度较低的物体流向温度较高物体,结果却出人意料,“我们观察到热量可以从较冷系统自发流向较热系统。”该团队写道。

“时间箭头”的概念遵从热力学第二定律,即熵会随着时间流逝而递增。正因为如此,要打碎玻璃或敲碎鸡蛋很容易,但要将它们拼回去就很难;也因为同样的原因,热量只会自发流向温度较低的物体,而不会反向而行。

卢兹指出,不同系统的时间箭头方向也可能不同。虽然在此次实验中,两个量子粒子(即量子位元qubits)间的时间箭头明显出现了逆转,但在该实验室开展的其它实验中,时间箭头均指向正常方向。

科学家希望利用量子粒子的特殊热力学性质发明量子引擎,完成普通机器无法实现的任务,如控制小规模的热量流动方向等,“通过揭示初始量子相关性对时间箭头的影响,我们的实验突出了量子力学、热力学与信息论之间微妙的相互作用。”该研究团队写道,“它还进一步强调了热力学第二定律在初始相关性系统方面的局限,同时提供了一种在微观尺度上控制热量的全新机制。”

不过,他们还暗示此项研究将有着更广阔的应用前景:“我们针对热力学时间箭头的研究结果也许将促进对宇宙时间箭头的研究。”

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