我们都知道,在我们的世界里,时间只会向前推进——无论我们想要多少次,那杯打翻的牛奶永远不会自动溢出,我们也绝对不会变得年轻。对于为什么会出现这种情况有很多假设,但长期以来人们一直认为这种单向时间方向是自然的基本组成部分。
但澳大利亚格里菲斯大学的琼·瓦卡罗 (Joan Vaccaro) 进行的新研究表明实际情况可能并非如此,可能有更深层次的原因导致时间向前推进。事实上,两个时间箭头(向前和向后)之间实际上可能存在微妙的差异,这不断地驱使我们走向未来,而不是过去。
让我们退后一步,因为这是一些非常令人费解的物理现象。时间难题源于这样一个事实:虽然时间仅在现实世界中向前移动,但当你观察单个原子和分子时,时间向前或向后移动对它们来说并不重要——它们的行为似乎是相同的不管时间箭头指向什么方向。
太空的情况并非如此——你不能只是在太空中移动物体并期望它们保持不变——所以科学家们长期以来一直认为宇宙在时间上继续向前展开有一些根本原因,但事实并非如此。在太空中。这被称为时间和空间之间的“不对称”。
这种不对称性的最好例子是运动方程和守恒定律随时间和空间的不同而变化的事实。
“在时间和空间的联系中,空间更容易理解,因为它就在那里。但时间永远迫使我们走向未来。”瓦卡罗说。
她的新提议表明,时间的两个方向——向前和向后——实际上可能并不相同。
“过去 50 年前对亚原子粒子的实验表明,大自然并没有平等地对待两个方向的时间,”瓦卡罗说。 “特别是,称为 K 和 B 介子的亚原子粒子根据时间方向的不同表现略有不同。”
K 介子和 B 介子是超微小的亚原子粒子,这意味着如果没有一些相当复杂的设备的帮助,它们并不容易研究。但有证据表明,他们的行为有所不同,具体取决于时间之箭朝向哪个方向表明可能正是这种差异,而不是自然的某些基本部分,决定了我们穿越时间的方式。
“虽然我们确实在时间上前进,但也总会有一些向后运动,一种抖动效应,我想用这些 K 和 B 介子来测量这种运动,”瓦卡罗解释道。
为了进行研究,她重新设计了量子力学方程,假设两个方向上的时间不相同,结果表明这些计算可以准确地描述我们的宇宙。
“当这种微妙的行为被包含在宇宙模型中时,我们看到的是宇宙从固定在某一时刻变为不断演变,”瓦卡罗说。“换句话来说,这种微妙的行为似乎是使宇宙及时向前移动的原因。”
如果得到证实,这将意味着我们必须认真重新思考我们对时间演化及其影响的方程的理解。但它也可能带来对时间的一些奇怪方面的新见解。
“理解时间演化是如何以这种方式发生的,为时间本身的基本性质开辟了一个全新的视角,”瓦卡罗解释道。“它甚至可以帮助我们更好地理解奇怪的想法,比如回到过去。”
瓦卡罗的计算结果发表在期刊上英国皇家学会会刊 A:数学、物理和工程科学。