美國科學家欲揭示時間為何總是前進
據國外媒體報道,對於普通人來說,時間會有一個相對明確的概念,人們可以非常清楚地區分昨天、今天和明天。但美國科學家日前表示,這事實上並不能給時間下出一個清晰的定義。為此,兩位美國科學家決定對時間的前進方式進行深入的研究。
幾乎所有的物理學基礎理論,包括經典力學、電氣力學、量子力學、廣義相對論等等,都與時間反轉有關。目前,唯一能夠確定時間前進方向的基礎理論就是熱力學第二定律。該定律斷言宇宙的熵會隨著時光的流逝而不斷增加,這表明了時間的一個方向。通常認為,所有其他的時間不對稱,比如人們對未來和過去的感覺不一樣,都是該熱力學定律的一個直接反應,都與時間前進的方向有關。
美國兩位科學家對時間的前進方式進行了深入的研究。加利福尼亞大學的愛德華-峰和勞倫斯伯克力國家實驗室的加文-克魯克斯在研究中提出了一種測量「時間不對稱」的精確方法。該方法主要依據人們對時間的一種直觀概念,即過去與未來不同。相反,「時間對稱」指的是過去與未來沒有任何差異。科學家們從不同形式的能量損耗中熵的增加開始著手研究。
這個「時間不對稱」的測量方法在實驗中得到了最佳印證。在宏觀世界中,時間不對稱非常明顯。但在微觀領域裡,由於有關的能量總量太小,較難判斷熵的增加,更難以斷定時間是前進的,而不是倒退的。實際上,在某段時間間隔內,熵還可能會減小。因此,即使在實驗中所有的熵都在均勻增加,但是根據熱力學第二定律,時間的方向並非在所有時刻都是明顯的。此外,科學家們還指出,平均熵的增加並不一定能夠保證時間的不對稱,但在看起來好像是時間對稱的排列中卻可能會出現熵的增加。峰和克魯克斯希望新的測量方法能夠解釋為什麼時間總是前進的,即便是在熵減小的某些點。
為了達到這一目的,他們分析了依附於兩個小水珠上的單一核糖核酸分子的收縮。科學家們通過控制其中一個水珠與附近光學激光圈之間的距離,反覆拉伸和壓縮核糖核酸分子。核糖核酸分子初始狀態是熱平衡的。但是,當它被反覆拉伸與壓縮時,核糖核酸分子的熵的總量在均衡增加。峰解釋說,「我們使用一組核糖核酸軌道來測量時間的不對稱。在時間前進和時間反轉的實驗中,我們都進行了測定。」為了測量特定狀態下的時間不對稱,科學家們採用一種名為「延森-香農分歧法」進行量化。如果所有伸縮是相同的,則分歧結果是「0」概率;如果在任一時刻都不同,則結果是「1」概率。兩位科學家解釋,這種概率結果量化方法比平均熵單一測量方法能夠更精確地描述時間的不對稱。
此前,英國劍橋大學的物理學家斯蒂芬-霍金教授曾用大量時間試圖證明時間旅行根本不可能。如果時間旅行有可能實現,為什麼沒有來自未來的旅客拜訪我們?但是他被迫下結論說,物理學理論中沒有什麼能阻止時間運動。科學家們解釋說,「他們大約在10年前改變了主意。沒有方法能阻止時間旅行的發生。因此現在他說時間旅行是可能的,但是並不實用。」時間旅行產生作用的方式是,在一個一端與太空的一點相連,另一端與時間相連的蟲洞中旅行。物理學規則顯示,黑洞的強大引力足以撕裂時空結構,讓蟲洞有可能產生。物理學家想做的是,創造一個屬於自己的蟲洞,這樣如果你從窺鏡中走過,你或許就能回到過去。