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俄羅斯科學家實現時間逆轉,全球媒體沸騰:我們可以回到過去嗎?
2021/11/01
2021/11/01

時間似乎每時每刻都在流逝,但齒輪無論正反轉動都能夠平穩地運轉,科學家因此猜想,也許時間機器並不僅僅存在與科幻小說中。近日,俄羅斯物理學家通過量子電腦實現了最小程度的「時間逆轉」,這一突破性壯舉引發了全球媒體的轟動。

在宇宙中,時間的流逝意味著熵值的增加,即熱力學第二定律(亦稱熵增加定律)。它解釋了為什麼熱咖啡會變涼、為什麼破鏡難以重圓、以及為什麼人類無法製造出第二類永動機。莫斯科物理與技術研究所的量子物理學家Gordey Lesovik 表示,熱力學第二定律與時間箭頭的方向密切相關,它假定了從過去到未來的單向性。

但俄羅斯科學家進行的最近一項實驗表明,在區分過去和未來時,至少在量子尺度上,人類可以做到反轉時間。以俄羅斯為首的美俄研究人員試圖尋找一種方法來「打破」物理學最基本的法則之一——熵增加定律。

事實上,物理學中的幾乎所有規則都可以逆向運行且仍具有意義。例如,在撞球桌上任何兩個球之間的單次碰撞,不論正看還是反看其軌跡都是完全一致的。而微觀世界中的電子,則更類似于佔據空間的資訊,最重要的是其行為可以被薛定諤(Schrininger)方程所定義和描述。就好比把撞球丟在桌上,通過Schrininger方程你就可以知道這顆球正在某一位置以一定的速度向某個方向移動。

從某種意義上說,Schrininger方程預測了量子粒子的相同之處。美國阿貢國家實驗室的材料科學家Valerii Vinokur 解釋道,薛定諤方程式是可逆的。在數學上意味著在一個特定的複共軛變換下,逆向的薛定諤方程描述了一個「模糊」的電子在同一時間段內定位回某一個空間區域的過程。這就好比是撞球桌上的白球從終點位置逆向滾回到發球點。從理論上講,這一過程是可以自發的,但是發生的幾率極低。

俄羅斯科學家將量子電腦中未確定的粒子狀態比為「撞球」,並用量子電腦將數枚「未確定」的量子比特「發射」出去,在確定的程式下,這些粒子就好比撞球一樣散落在四面八方。

接著,科學家通過調整量子電腦的某些參數,讓散落在四處的粒子重新回到原始位置,就好比是將散落的撞球重新排列成金字塔狀。結果表明,這一實驗的成功率約為85%(基于兩個量子比特的實驗)。該研究發表于《Scientific Reports》

在實踐層面上,俄羅斯科學家通過操控Schrininger方程的逆演算法可以大幅提高量子電腦的準確性。同時,這一研究發現也第一次撼動了熱力學第二定律在科學界至高無上的地位。

​雖然這一實驗的成功並不意味著「時間機器」的問世,無法讓我們重新回到童年,也與現實生活中的「時光倒流」、「時空穿越」有所差異,但在量子尺度上尋找並「顛覆」傳統物理定律的方法將有助于我們更好地理解「時間是什麼?」,以及「宇宙為什麼像時間一樣‘流動’」。




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