量子
量子世界中可能存在双向时间流动
英国萨里大学的研究人员发现，量子系统中可能存在双向时间流动，挑战了我们对时间单向流动的传统认知。
示意图显示了时间反转变换背后的概念。系统和环境在时间上向后移动。
时间真的如我们所想，只朝一个方向流动吗？想象一下，如果时间不仅仅从过去流向未来，而是可以因量子层面的过程而向前或向后流动。这正是英国萨里大学研究人员最新研究的惊人发现：在某些量子系统中，理论上可能存在相反的时间箭头。
几个世纪以来，科学家们一直在探讨时间箭头的问题——即时间从过去到未来不可逆转地流动的概念。虽然在我们的日常经验中，这似乎是显而易见的，但物理学的基本定律并不偏向某个特定方向。无论时间向前还是向后运动，物理方程都保持不变。
萨里大学的Dr. Andrea Rocco博士，也是这项研究的主要作者，解释道：“比如，当你看到牛奶洒在桌子上，时间显然是向前流动的。但如果你倒放这个过程，就像看电影一样，你会立刻觉得不对劲——很难相信牛奶会自己回到杯子里。”
“然而，有些过程，比如钟摆的摆动，倒放时看起来同样合理。问题在于，在最基本的层面上，物理定律更像钟摆，它们并不解释不可逆的过程。”
“我们的发现表明，尽管我们的日常经验告诉我们时间只朝一个方向流动，但我们并没有意识到，相反的方向同样有可能。”
这项发表在《科学报告》上的研究探讨了量子系统(即微观世界)如何与其环境相互作用，这种系统被称为“开放量子系统”。
研究人员探讨了我们为何感知时间单向流动，以及这种感知是否源自开放量子力学。
为了简化问题，研究团队做出了两个关键假设。首先，他们将系统周围的庞大环境简化，以便只关注量子系统本身。其次，他们假设环境(如整个宇宙)是如此庞大，以至于能量和信息一旦散失其中，就再也无法返回。
通过这种方法，他们得以研究时间如何作为单向现象出现，尽管在微观层面上，时间理论上可以双向流动。
即使在这些假设下，系统的行为在时间向前或向后运动时仍然相同。这一发现为开放量子系统中时间反演对称性仍然成立提供了数学基础，暗示时间的箭头可能并不如我们感知的那样固定。
负责计算的博士后研究员Thomas Guff表示：“这个项目令人惊讶的地方在于，即使在对开放量子系统方程进行标准简化后，方程在系统向前或向后运动时仍然表现相同。”
“当我们仔细推导数学时，发现这种行为必然存在，因为方程的一个关键部分(记忆核)在时间上是对称的。”
“我们还发现了一个通常被忽视的小但重要的细节——一个不连续的时间因子出现，保持了时间对称性。在物理方程中看到这种不连续的数学机制非常罕见，它的自然出现令人惊讶。”
这项研究为物理学中最大的谜题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。
