陳麗霞-時間為何只前進(jìn)不后退

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1、時間為何只“前進(jìn)”不“后退”陳麗霞倪成?。ㄕ憬瓗煼洞髮W(xué)數(shù)理與信息工程學(xué)院物理082班081802030222）摘要有很多的物理學(xué)基本定律都指出事物是具有對稱性的。時間同樣有著對稱性，就像《哈利波特與阿茲卡班的囚徒》中的時間器，可以把現(xiàn)在的人帶到過去或者是未來。但這些都知識科幻片的劇情而已，我們從來沒有在現(xiàn)實生活中出現(xiàn)過時間的逆轉(zhuǎn)。這就是我們要來探索的內(nèi)容——量子力學(xué)的“健忘癥”。從愛因斯坦的相對論引出時間確實具有對稱性，即時間可以前進(jìn)也可以后退。通過量子力學(xué)的角度剖析時間箭頭只有一個方向。正是這種

2、量子力學(xué)的“健忘癥”忘記了時間后退所留下的痕跡。關(guān)鍵詞時間相對論熵?zé)崃W(xué)第二定律牛頓力學(xué)量子對稱性K介子雙生子佯論1、引言物理學(xué)家肖恩·卡羅爾（SeanCarroll）在美國科學(xué)促進(jìn)會（AmericanAssociationfortheAdvancementofScience）的年會上作了關(guān)于時間之箭（thearrowoftime）的報告，很多科學(xué)家對他的時間之箭很感興趣。簡單地說，時間之箭是指：我們能記住過去但是我們不能記住未來，而且這是一個不可逆的過程。很顯然這與“相對論和量子力學(xué)共同建立混沌

3、暴脹宇宙模型”中時間即可向前也可往后的理論相違背。我們運(yùn)用熱力學(xué)第二定律熵增加原理和量子化了的宇宙空間來解釋這個問題，同時對于沒有解決的一些難題，我們也提出了自己的猜想。1.1時間之箭時間一直以來都是困擾歷代詩人、作家、哲學(xué)家以及科學(xué)家的問題。它給人帶來神秘感和恐懼感，因為時間是我們所不能控制的，我們總感覺是時間支配直我們的存在。我們沒有看見過一個人從墳?zāi)怪谐鰜砺兡贻p然后進(jìn)入母親肚子中的，也沒有看見過一家店內(nèi)部一團(tuán)混亂然后玻璃門破碎最后一只牛沖進(jìn)了店里。這種客觀感覺上不可能發(fā)生的事在空間上是絕

4、對不可以的，但對時間而言沒有人知道它可不可以。正是時間的這種與常理相違背的事或者是時間的不可預(yù)知性才讓我們感到恐懼。1.1.1時間時間在文學(xué)、文化、哲學(xué)、科學(xué)等方面都有著不同的見解。對牛頓力學(xué)、愛因斯坦相對論、海森堡和薛定諤的量子力學(xué)而言，不論時間的方向，這些理論都是可以成立的。如果硬要說成時間是單向行駛的反倒有些過意不去，只能說這是人的心理作用引起的。時間在文人的筆下顯得是那么的美，充滿詩情畫意。古波斯詩人奧瑪·馬央姆（OrarKhayysm）的冥思，在費(fèi)茲哲羅（EdwardFitzgerald

5、）的意譯中得到真諦：不停前移的手指寫字，字一寫完就向前去；不管你多虔誠多聰明它也不會回來改半句。時間的最后勝利者則是死亡，正如愛丁頓所說：“在屬于內(nèi)心和外界的兩種經(jīng)驗之間搭任何橋梁，時間都占著最關(guān)鍵的地位”。文化時間確定了時間的有向性。根據(jù)潮水、冬夏二至、季節(jié)、星辰的循環(huán)往來，這些現(xiàn)象使得許多原始社會尤其是中美洲的瑪雅人都把時間看作一種基本上不斷循環(huán)的有機(jī)節(jié)奏。而他們把這種自然的循環(huán)與時間聯(lián)系在了一起，他們認(rèn)為時間也是循環(huán)的，也就有了一天白天黑夜的循環(huán)，一年365的循環(huán)。哲學(xué)時間中波爾茲曼（Lud

6、wigBoltzmann），牛頓，愛因斯坦都對時間進(jìn)行了一定的討論。波爾茲曼認(rèn)為最平常的東西一到哲學(xué)就變成了不可解決的難題，哲學(xué)對邏輯有很高的要求。牛頓的運(yùn)動數(shù)學(xué)表達(dá)式使得真正“科學(xué)時間”的誕生。牛頓的時間是絕對的，所有的任何事件都在空間里有個一定的位置，都發(fā)生在時間里某個特定的時刻。在牛頓力學(xué)中，不論時間是前進(jìn)的（）還是后退的（）牛頓的方程式都是成立的。愛因斯坦驚人的相對論對時間的單向性能使我們知道它的整個過去和未來。但是，哪個方向是指向?qū)淼?，哪個是指向過來的我們并不知道。時間總是困擾著我們，

7、而量子力學(xué)的出現(xiàn)給繼續(xù)尋找時間方向的依據(jù)。量子力學(xué)統(tǒng)治原子分子世界，在這些微觀領(lǐng)域中我們看似得到了時間之箭。長壽K粒子以及量子論中的測量都是難解之謎。從這兩點(diǎn)中我們似乎能見到時間的量子箭頭。量子力學(xué)與愛因斯坦的相對論是不相容的，或許有一天我們可以找到兩者之間的聯(lián)系點(diǎn)，運(yùn)用量子論和相對論真正解決時間箭頭的方向。1．1.2時間之箭時間之箭的概念英國天體物理學(xué)家愛丁頓（ArthurEddington）在1927年首先提出來的。旨在說明時間的行走就像是一根向前走的箭一樣，它是具有方向性的量。正是因為時間之

8、箭的出現(xiàn)說明了我們不可能從一個整齊的辦公室出去，一段時間后回來辦公室卻看見所有的一切都變得亂七八糟的。1.2時間、熱力學(xué)第二定律與量子力學(xué)量子力學(xué)當(dāng)中的海森堡不確定性、愛因斯坦的相對論、牛頓力學(xué)等理論說明時間的方向是無關(guān)緊要的，但是熱力學(xué)第二定律卻體現(xiàn)說時間并不是混沌的，它是具有方向的。這讓我們對熱力學(xué)第二定律充滿了好奇。1.2.1熱力學(xué)第二定定律熱力學(xué)第二定定律主要是說不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化。這句話是說，物體的機(jī)械能可以100%地轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，