新的研究表明，时间之箭可能并不像我们想象的那样固定。在量子层面上，时间反演对称性似乎成立，挑战了时间只会向前移动的观点。

科学家发现了一个令人着迷的可能性：量子层面的时间可能并非严格意义上的单向。虽然我们的日常经验让时间看起来不可逆转，但基础物理学却表明并非如此。

他们对开放量子系统的研究发现，即使考虑到能量耗散到宇宙中，时间的对称性仍然完好无损。他们发现了一个令人惊讶的数学因素——“记忆内核”，这进一步证实了时间在理论上可以双向移动。这一发现可能会重塑我们对时间、物理和宇宙的理解。

重新思考时间：它能够双向流动吗？

如果时间并不像我们假设的那样固定，会怎么样？时间不仅会从过去流向未来，在某些条件下，时间是否也会倒流？萨里大学的研究人员探索了这种有趣的可能性，发现在某些量子系统中理论上可能会出现相反的时间箭头。

几个世纪以来，科学家们一直在努力研究时间之箭的概念——时间不可逆转地朝一个方向移动。虽然这在日常生活中似乎很明显，但物理学的基本定律实际上并不偏向一个方向。无论时间向前还是向后移动，控制物理过程的方程式都不会改变。

物理学中的时间：牛奶和钟摆

萨里大学物理学和数学生物学副教授、这项研究的主要作者 Andrea Rocco 博士解释说：“一种解释是，当你看到洒出的牛奶洒在桌子上的过程时，时间显然在向前流逝。但如果你像看电影一样倒着看，你就会立刻知道出了问题——很难相信牛奶会重新聚集到玻璃杯里。然而，有些过程，比如钟摆的运动，反过来看起来也同样可信。令人困惑的是，从最基本的层面上讲，物理定律与钟摆相似；它们不能解释不可逆过程。我们的研究结果表明，虽然我们的共同经验告诉我们时间只会朝一个方向移动，但我们只是没有意识到相反的方向也同样可能。”

探索量子时间可逆性

这项研究发表在《科学报告》上，探讨了量子系统（亚原子世界）如何与其环境（称为“开放量子系统”）相互作用。研究人员调查了我们为什么认为时间朝一个方向移动，以及这种感知是否源自开放量子力学。

为了简化问题，研究小组做出了两个关键假设。首先，他们以这样一种方式处理系统周围的广阔环境，即他们只关注量子系统本身。其次，他们假设环境——就像整个宇宙一样——如此之大，以至于能量和信息会消散在其中，永不返回。这种方法使他们能够研究时间是如何以单向现象出现的，尽管在微观层面上，时间理论上可以双向移动。

惊人的发现：时间之箭并非固定

即使在应用这些假设之后，无论时间向前还是向后移动，系统的行为方式都是一样的。这一发现为时间反演对称性在开放量子系统中仍然成立这一观点提供了数学基础——这表明时间之箭可能并不像我们体验到的那样固定。

领导此项计算的博士后研究员 Thomas Guff 表示：“这个项目令人惊讶的部分是，即使对描述开放量子系统的方程做出标准的简化假设，无论系统在时间上是向前还是向后移动，方程的行为仍然相同。当我们仔细计算数学时，我们发现这种行为一定是这样的，因为方程的一个关键部分，即“记忆内核”，在时间上是对称的。我们还发现了一个通常被忽视的小而重要的细节——时间不连续因素的出现使时间对称性保持完整。在物理方程中看到这样的数学机制是不寻常的，因为它不是连续的，看到它如此自然地出现非常令人惊讶。”

时间和宇宙的新视角

这项研究为物理学中最大的谜团之一提供了新的视角。了解时间的真正本质可能对量子力学、宇宙学等产生深远影响。

参考文献：Thomas Guff、Chintalpati Umashankar Shastry 和 Andrea Rocco 撰写的《开放量子系统中时间对立箭头的出现》，2025 年 1 月 29 日，《科学报告》。DOI：10.1038/s41598-025-87323-x