@ 2017.12.30 , 22:00

在这个微小空间里,时间似乎倒流了

在这个微小空间里,时间似乎倒流了
Credit: 锐景创意

人人都知道,时间只能前进,不可倒退。然而,物理学家总是难以证明这点。如今,研究人员采用氯仿和丙酮的混合物,创造出让时间看似倒流的情况。不过,该研究无法让我们重返过去,见识恐龙的面貌。但它也许能够解释,为什么宇宙的时间只能朝一个方向流动。

从直觉上看,时间非常简单。举例而言,我们能够记住过去,但却无法记得未来。然而,当我们将事物分解为更简单的法则时,却找不到“因在先、果在后”的明确原因。既然我们能够翻转用来描述粒子运动和相互作用的方程式,那么时间为什么不能来回流动呢?

其中一条线索隐藏在“熵”里。在封闭系统(如宇宙)内,物质会从有序状态变成无序状态。举个例子,将一盆热水放在寒冷的屋子里,你不能指望水变得更热、屋子变得更冷。哪怕热力学无法确切解释为何存在“时间”这个东西,我们依然可以从这个角度进行探究。

多项实验表明,哪怕在量子水平上,粒子的行为通常也取决于初始状态。换句话说,它们随着时间向前运动。这个普遍原理是否存在局限性?从这项新实验的结果看来,答案是肯定的。

氯仿,即三氯甲烷,由1个碳原子、1个氢原子、3个氯原子构成。研究人员将氯仿悬浮在丙酮中,并用强磁场使碳、氢原子的原子核排成一列,然后操纵它们的旋转动量。他们用核磁共振缓慢加热原子核,“监听”它们的行为表现。

根据时间法则,一个原子核受热后,会将它的随机运动传递给温度较低的粒子,直到双方温度一致。我们能够从它们各自的能态中辨认出这点。在通常情况下,事实确实如此。但研究人员发现了一个非常有趣的例外情况。当粒子相互关联(类似于弱版的量子纠缠)时,两者的能量共享便会产生显著变化——受热的氢原子变得更热,而碳原子变得更冷。换句话说,在这个微小的空间里,等价于时间倒流的热力学现象发生了。

这项实验同时涉及到量子力学和热力学。目前,物理学家正在试图研究这个全新的领域。我们通过这项实验得知,在粒子水平上,在运用量子物理的法则时,热量能够以奇特的方式进行传输,这将来也许能够应用于技术中。

本文译自 sciencealert,由译者 蛋花 基于创作共用协议(BY-NC)发布。
原作者:MIKE MCRAE


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