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科学家发现时间居然可以倒流?不要惊慌,这只是一次新实验


来源:TechPower科技力

时光的洪流滚滚向前,川流不息,早已成为这个世界的真理深入人心。但是物理学家在证明这一看似不可撼动的铁律时,却又一次遇到了未曾料到的麻烦。

导语:时光的洪流滚滚向前,川流不息,早已成为这个世界的真理深入人心。但是物理学家在证明这一看似不可撼动的铁律时,却又一次遇到了未曾料到的麻烦。

最近,一个国际物理学家团队正在着重研究一个我们常用来定义时间的重要对象——能量的运动。

为了寻找相关线索,他们在研究中使用了一种氯仿和丙酮的混合物。这个组合听起来是一个奇怪的研究对象,但研究人员使用它们来为实验目的创造条件。在这种情况下,时间似乎是在“向后移动”的!

当然,这项研究不能带我们回到侏罗纪去看恐龙,但它可能会告诉我们为什么我们的宇宙被困在一条“单行道”上。

从我们的直观感觉上讲,时间的法则非常简单。例如,我们可以记住过去,而不能预知未来。但当把事情分解成简单的规则时,我们发现,并没有明确的理由能够说明为什么一个事件的起因必须在结果之前出现。在最小的微观层面上,我们可以翻转描述粒子运动和相互作用的公式,并且仍能得到有用的图像

那么,为什么时间不能来回摆动呢?

一条与此有关的线索在于所谓的熵。在一个不能从外界获取能量的系统中,比如我们的宇宙,由于大规模系统具有能量分配偏差,系统内的物体往往会从有序逐渐向无序发展。

就热力学定律而言,这意味着你不可能在寒冷的房间里放一个热的物体,还期望房间会变冷而物体变得更热。热的东西往往会变冷。即使这并没有告诉我们为什么时间会存在,热力学也成功地为我们提供了一个侧面观察的角度。

各种实验已经表明,即使在量子水平上,粒子通常也会以依赖于初始条件的方式呈现。换句话说,它们正在沿着时间线前进。

这个概括是否有限制?显然,至少根据这个实验的结果来说是这样的。

该小组研究了氯仿——由一个中心碳原子,再连接一个氢原子和三个氯原子组成的分子。

图|氯仿分子

当氯仿分子悬浮在丙酮中时,研究人员使用强磁场对碳原子和氢原子的原子核进行排列,并操纵了一种称为自旋的粒子性质。这使得他们在使用核磁共振缓慢地加热原子核的同时,能够“倾听”粒子的行为。

按时间规律来说,当一个原子核吸热时,它会把它的随机运动转移到另一个较冷的原子核上,直到它们都达到了相同的温度为止。这种变化在各自的能量状态下是可以识别的。在正常情况下,这是应该发生的事情。但在粒子相互关联时,研究人员发现一个相当有趣的例外。

这意味着由于以前的相互作用,某些粒子云被锁定在一起。这个现象有点像量子纠缠的“低配版”。

粒子间的相关性在粒子间能量分配方面有着显著的影响——在这种情况下,被加热过的氢原子会变得更热,而本来较冷的纠合碳配合物竟然会变得更冷!

换句话说,这项研究揭示了一种能在非常小的范围内“逆转时间”的热力学等价物。

研究小组在研究中写道:“我们观察到了一种从较冷系统到较热系统的自发性热量流动。

该研究已经发表在了arXiv.org(全球最大的预印本系统,由美国国家科学基金会和美国能源部资助,在美国洛斯阿拉莫斯国家实验室建立的电子预印本文献库,目前由美国康乃尔大学管理)的预审网站上,这意味着我们需要正视这一研究结果所阐释的新发现。

而且,要清楚的是,这项研究还仅限在一个很小的规模,它不可能把我们带回上世纪60年代——也许只有时光机器才能达到这样浮夸的程度。但它确实表明了,时间的方向并不是绝对的。

本次研究还提供了一些关于量子力学和热力学重叠部分前景可期的细节,这本身就是一个物理学家们仍然在梳理分析,并能激动人心的新领域。

从实际应用的角度来看,这项研究展示了如何用量子物理的规则来以一种奇怪的方式引导热量流动,这可能会催生一批有趣的技术层面应用。

当然,如何将这些观测成果从微观系统扩展应用到宏观系统,是未来进一步实验所要研究的问题。但无论如何,这项研究至少可以帮助我们理解,为什么时间的维度如此的偏向于一个方向。甚至来说,在未来的新实验中,发现更为令人惊喜的能够佐证时间逆流可行性的证据也未尝不是一种可能的假想!

编辑| 褚茗帆

审校| 星亦

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