迄今為止，人們對時間的認知，從來都只有一個方向，那就是任何事情從過去到未來 ， 包括生命 ， 總是從小慢慢長大，從年輕到壯年，再逐漸衰老 。這似乎是個固定不變的規(guī)律 。然而，在這一現(xiàn)象的背后，卻蘊含著復雜而深奧的物理學問題——“時間箭頭” 。所謂“時間箭頭” ， 是指時間流動的單一方向，即社會發(fā)展從過去到未來，并不會倒流回到過去 。這是自然界中一種極其基本的現(xiàn)象 。
【時間之箭射向何方？物理學家正在揭開“時間箭頭”的奧秘】存在明顯方向性的時間箭頭，只停留在宏觀層次，而在微觀層次物理學時間卻幾乎完全對稱 。通俗地說，隨著尺度的減?。錄嫦蚍⑸母怕手鸞デ鶻謖蚍⑸母怕?。當尺度非常小時 ， 物理學家認為兩者近似相等 ， 即時間是對稱的，并不存在“過去”和“未來” 。例如，引力如果就是對稱的話，你可以將一個行星圍繞太陽運轉的軌道倒過來，這個路徑仍然符合萬有引力定律 。大多數(shù)物理定律都有類似引力對稱的假設，但是有時間箭頭的情況就不同了 。想象一下，如果時間在宏觀層次也是對稱的話，那么你可以將影片的一段鏡頭倒過來播放，也能理解發(fā)生的事情，但事實并非如此 。
物理學家從更基礎的層面 ， 對時間進行了定義，得到的共識是，時間箭頭是熱力學第二定律——著名“熵增定理”的衍生規(guī)律，即隨著時間的流逝 ， 任何一個物質系統(tǒng)的無序度總是在增加，而系統(tǒng)的無序程度越高就越難回到以前的有序狀態(tài)，“時間箭頭”就越顯著 。
因此，物理學家總結說，這個宇宙內(nèi)物質總是朝著無序的方向發(fā)展，讓人們感覺到時間只朝一個方向流逝 。
最近，物理學家在揭開“時間箭頭”這個謎團的研究中，取得了一些令人興奮的進展 。6月24日，國際學術期刊《物理評論快報》上發(fā)表一項研究成果 。論文主要作者之一、紐約市立大學理論科學研究中心博士后研究員克里斯托弗·林恩說，這項新研究涉及到物質世界最微小的組成部分，包括粒子、原子、分子，以及生命中最基本的單位細胞 。他們通過深入探究這些微觀層面的相互作用，試圖解釋時間箭頭的起源 。
研究人員首先探索了如何通過觀察系統(tǒng)內(nèi)特定的組成區(qū)塊，以及它們之間的互動分解時間箭頭 。研究稱，“分析顯示，在兩個視頻的試驗中 ， 時間箭頭都是從兩個一組的神經(jīng)元區(qū)塊中產(chǎn)生 ， 沒有見到更復雜的區(qū)塊結構” 。
在他們的研究中 ， 一個關鍵焦點就是深入研究微觀尺度下粒子的行為 。他們所關注的問題之一是微觀尺度下粒子之間的相互作用，能否有助于解釋時間箭頭 。其中一個重要觀點 ， 是時間箭頭可能與粒子碰撞時的不對稱性有關 。這就意味著，在碰撞過程中，粒子更有可能沿著某個方向分散，而不是以相反的方式碰撞 。這種微觀不對稱性可能會在宏觀尺度上積累，從而形成時間箭頭的方向 。
另一個發(fā)現(xiàn)更令研究人員感到驚訝：觀看隨機移動物體視頻的視網(wǎng)膜所體現(xiàn)的時間的方向性更高 。研究員林恩說，這次發(fā)現(xiàn)對生物體內(nèi)部如何與外在世界保持一致的認知提出了挑戰(zhàn) 。神經(jīng)科學領域的研究者可能會對這些發(fā)現(xiàn)很感興趣 。
這份研究的另一位主要研究者、物理學和生物學教授大衛(wèi)·施瓦布認為，把時間箭頭進行分解的理論，是一個巧妙而且具有普遍意義的理論框架，為探索很多具有多維度空間、沒有達到平衡狀態(tài)的系統(tǒng)，提供了一個創(chuàng)新的思路 。
林恩總結說，日常生活中所感受到的時間箭頭，在微觀世界的體現(xiàn)是怎樣的？我們的研究為理解這個問題邁出了第一步 。
盡管他們的研究已取得一些進展，但要完全解開時間箭頭奧秘仍是一個復雜深奧的問題，這需要跨越多個學科領域的合作，包括物理學、化學、生物學和哲學 。理解時間箭頭的本質，將有助于我們更深刻地理解自然界，為未來的科學研究和技術發(fā)展提供新的方向 。
（作者陳思進 系科幻作家）
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