實驗首次證實了即使在量子層面上也是如此——這意味著即使在量子世界中，你也無法打翻那杯牛奶。
時間之所以像我們日常生活中那樣運行，是因為熱力學第二定律，該定律指出，隨著時間的推移，所有系統都會變得更加無序，或者熵增加。這個過程是不可逆轉的，這就是為什麼時間只會向前推進。但理論物理學家預測，在量子層面上，這個過程可能是雙向的。
那是因為當你開始處理非常非常小的粒子時，物理定律——例如薛丁格方程– 是「時間對稱的」或可逆的。 “理論上，向前和向後的微觀過程是無法區分的，”Lisa Zyga 為 Phys.org 撰文。
現在，由巴西 ABC 聯邦大學領導的物理學家進行了一項實驗，證實這些理論與現實不符，即使在量子系統中，熱力學過程仍然是不可逆的。但他們仍然不明白為什麼會這樣。
「我們的實驗顯示了量子動力學的不可逆性質，但並沒有透過實驗精確地指出在微觀層面上是什麼導致了它，是什麼決定了時間之箭的開始，」研究人員之一、愛爾蘭女王大學的莫羅·帕特諾斯特羅（Mauro Paternostro）說道，告訴 Phys.org。 “解決這個問題將澄清其出現的最終原因。”
那麼如何在量子系統中測試熱力學定律呢？基本上，科學家需要能夠建立一個孤立的量子系統並觀察自然過程的逆轉——這比聽起來更複雜。
在這個實驗中，研究人員在液體氯仿中使用了一堆碳 13 原子，並使用振盪磁場翻轉它們的核自旋。然後他們使用另一個磁脈衝再次反轉自旋。
“如果這個過程是可逆的，那麼自旋就會回到起點——但他們沒有，”齊加寫道。
相反，他們看到的是，交替磁脈衝施加得如此之快，以至於有時原子的自旋無法跟上，從而導致孤立的系統失去平衡。
物理學家在實驗後證實，熵確實在增加，這表明熱力學過程是不可逆的，無論涉及的粒子有多小。
所有這些基本上意味著即使對於宇宙中最微小的粒子來說，單向時間箭頭也存在，這違反了微觀物理定律。這顯示還有其他因素參與阻止量子系統的可逆性。
物理學家現在有興趣弄清楚那是什麼，他們相信對量子系統的新見解可以幫助推進這一進程和其他量子設備。
“在量子水平上管理有限時間熱力學過程的任何進展都是朝著實現成熟的熱機器邁出的一步，該熱機器可以利用量子力學定律來克服經典設備的性能限制，”帕特諾斯特羅說。
但就目前而言，我們可以從這項研究中獲得這樣的知識：我們無法按照我們的意願讓時間倒退。過去確實已經過去了……即使在原子尺度上也是如此。
該研究已發表於物理評論快報。
