澳洲格里菲斯大學的一組理論物理學家正在研究一種最根本的時間量子理論,該理論認為時間與空間之間是不對稱的。

時間是朝著熵的增加方向所移動

為了瞭解為什麼時間是從過去流向未來的,科學家提出了熱力學第二定律當中時間本身是朝著熵的增加方向所移動,即對系統無序性的一種度量。熱力學時間箭頭來自熱力學第二定律,這一定律認為一個孤立系統的熵只能隨著時間流不斷增加,而不會減少。熵被認為是無序的量度,因此第二定律隱含著一種由孤立系統的有序度變化所指定的時間方向(也就是說,隨著時間流,系統總是越來越無序),而這種不對稱性可用於區分過去和未來。換句話說,孤立系統在未來將越來越無序。

儘管任何孤立系統隨時間流易越來越無序,系統的各部分卻存在著關聯,一個簡單的例子是玻璃杯被打碎的過程:最終狀態(碎了的杯子)比初始狀態(完整的杯子)更無序,但在杯子的各部分之間存在關聯——兩塊相鄰碎片的邊緣可以準確吻合。於是,一個孤立系統在過去是有序的且其各部分是無關的,而將來則是無序的但各部分是相關的。

時間反轉對稱違規

但是澳洲物理學家瓊·瓦卡羅(Joan Vaccaro)於2016年首次提出了新的假說,相反地她認為這種增加的熵並不是「時間箭」運動方向的根本原因,而只是時間流的一種狀態,該理論表示,我們觀察到的時間變化並沒有根本聯繫,而是由於時間反轉對稱違規(也稱為「 T violations」)而出現的。瓦卡羅用了一個樹在風中飄動的類比,雖然樹葉(熵)看起來像是在搖晃樹,但它們本身並不負責運動,而是另一種力(風)作用的結果,在這個新理論中,「風」是由時間反演對稱性violations(以下簡稱T violations)產生。

因此瓦卡羅在解釋說:「我們所有定律的時間都是可逆的,您在相同的方向上具有完全相同的動力。」 但是隨著時間的推移熵的增加似乎違反了這些時間反轉條件。瓦卡羅建議,由於違反了T violations,因此可以將事件及時定位。

試圖測量出T violations

於是在一項新的研究中,來自格里菲斯大學、澳洲國家測量研究所(NMI)和澳大利亞核科學技術組織(ANSTO)的研究人員試圖從中微子中測量出這些T violations。中微子和它們的反物質對應物-反中微子是在核反應堆中產生的,所以新實驗將在那裡進行。研究小組在悉尼的OPAL反應堆安裝了兩個非常精確的原子鐘,他們的想法是,如果原子鐘不同步,那麼這將成為量子時間膨脹的證據,量子時間膨脹本身就是本地化T violations的證據。

然而時間膨脹是一個非常值得研究的現象,如果地面上有一個原子鐘,且在繞地球運行的衛星上也有一個,那麼地面上的原子鐘會比天空中的原子鐘走得稍微快一點。這要歸功於重力的不同,而重力會扭曲時空,因此瓦卡羅表示,雖然目前沒有理由相信核反應堆也會發生時間膨脹,但如果發現任何時間膨脹的跡象就可以支持她的假設。

接著研究人員展開調查,研究小組使用兩個計時站,一個距離反應堆5米,一個10米,而每個觀測站都會部署一個銫原子鐘、三個次級原子鐘和一系列測量系統,這些測量系統能將把原子鐘的誤差縮小到十億分之一秒以內,該實驗將持續收集數據6個月時間,其中包括定期關閉反應堆進行維護的時間,這些將作為有用的控制,因為任何時間膨脹效應都應該在停機期間停止。

如果該實驗確實發現了時間膨脹的證據,那麼這將是一個巨大的突破,這個可能性非常大,值得科學家們花時間去確認,Vaccaro則在2017年的一段視頻中說到:「決定這是否是一個好理論的不是我,而是大自然,如果大自然能證明這一點,那將是非常了不起的,所以我認為,這才是我們應該努力的地方。」

圖片來源:pinwhalestock via Pixabay

資料來源:VICTOR TANGERMANN(2021,FEB 6).Scientists Are Investigating If Time Warps Near a Nuclear Reactor. Futurism

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