时光为何不能倒流？量子涨落为它规定方向

一个物理学家国际团队最近测出了一个微观量子系统的无序性，即所谓的“熵”（entropy）。他们希望这能帮助我们搞清楚“时间箭头”（the arrow of time）的来源，即时间为何总是从过去流向未来。在实验中，他们用一个振荡的磁场不停翻转碳原子的自旋，并将时间箭头的产生归结于两个不同原子自旋态之间的量子涨落。

他们希望这能帮助我们搞清楚“时间箭头”（the arrow of time）的来源，即时间为何总是从过去流向未来。

“时间是有方向的，这就是为什么我们记得昨天发生了什么，却不知道明天会发生什么。”团队成员之一，在巴西ABC联邦大学研究量子信息的物理学家Roberto Serra说。他认为，从最根本的层面上讲，时间的不对称性与量子涨落有关。

用振荡磁场翻转碳原子（图片来源：Physics World）

破镜难重圆

在日常世界里，我们通常都把时间箭头的存在看做是理所当然的事。我们会看到鸡蛋被打碎，但不会看到蛋清、蛋黄和蛋壳重新聚合到一起形成完整的蛋。虽然在我们看来，自然定律显然是不可逆的，但物理学却没有任何机制会阻止这样的事情发生。只看动力学方程的话，鸡蛋碎掉的过程完全是可逆的。不仅完整的鸡蛋能被打碎，碎了的鸡蛋也能重新合上。

然而，熵（entropy）这个概念给我们提供了一扇了解时间箭头的窗口。大多数鸡蛋看起来都一样，但打碎的鸡蛋可以呈现出多种多样的形状：它可以是被一下敲开并搅拌均匀的，也可以是碎在地上、溅得到处都是，而正是因为无序态的数目远多于有序态，系统才更容易向无序态发展。

这种从概率角度进行的推理就是热力学第二定律的核心，它认为封闭系统的熵永远是随着时间增加的。根据第二定律，时间不可能倒回过去，因为这样会导致熵减少。对于由大量互相作用的粒子所组成的复杂系统，如鸡蛋而言，这个论证很有道理，但对于只包含一个粒子的系统呢？