陈丽霞-时间为何只前进不后退

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1、时间为何只“前进”不“后退”陈丽霞倪成俊（浙江师范大学数理与信息工程学院物理082班081802030222）摘要有很多的物理学基本定律都指出事物是具有对称性的。时间同样有着对称性，就像《哈利波特与阿兹卡班的囚徒》中的时间器，可以把现在的人带到过去或者是未来。但这些都知识科幻片的剧情而已，我们从来没有在现实生活中出现过时间的逆转。这就是我们要来探索的内容——量子力学的“健忘症”。从爱因斯坦的相对论引出时间确实具有对称性，即时间可以前进也可以后退。通过量子力学的角度剖析时间箭头只有一个方向。正是这种

2、量子力学的“健忘症”忘记了时间后退所留下的痕迹。关键词时间相对论熵热力学第二定律牛顿力学量子对称性K介子双生子佯论1、引言物理学家肖恩·卡罗尔（SeanCarroll）在美国科学促进会（AmericanAssociationfortheAdvancementofScience）的年会上作了关于时间之箭（thearrowoftime）的报告，很多科学家对他的时间之箭很感兴趣。简单地说，时间之箭是指：我们能记住过去但是我们不能记住未来，而且这是一个不可逆的过程。很显然这与“相对论和量子力学共同建立混沌

3、暴胀宇宙模型”中时间即可向前也可往后的理论相违背。我们运用热力学第二定律熵增加原理和量子化了的宇宙空间来解释这个问题，同时对于没有解决的一些难题，我们也提出了自己的猜想。1.1时间之箭时间一直以来都是困扰历代诗人、作家、哲学家以及科学家的问题。它给人带来神秘感和恐惧感，因为时间是我们所不能控制的，我们总感觉是时间支配直我们的存在。我们没有看见过一个人从坟墓中出来慢慢变年轻然后进入母亲肚子中的，也没有看见过一家店内部一团混乱然后玻璃门破碎最后一只牛冲进了店里。这种客观感觉上不可能发生的事在空间上是绝

4、对不可以的，但对时间而言没有人知道它可不可以。正是时间的这种与常理相违背的事或者是时间的不可预知性才让我们感到恐惧。1.1.1时间时间在文学、文化、哲学、科学等方面都有着不同的见解。对牛顿力学、爱因斯坦相对论、海森堡和薛定谔的量子力学而言，不论时间的方向，这些理论都是可以成立的。如果硬要说成时间是单向行驶的反倒有些过意不去，只能说这是人的心理作用引起的。时间在文人的笔下显得是那么的美，充满诗情画意。古波斯诗人奥玛·马央姆（OrarKhayysm）的冥思，在费兹哲罗（EdwardFitzgerald

5、）的意译中得到真谛：不停前移的手指写字，字一写完就向前去；不管你多虔诚多聪明它也不会回来改半句。时间的最后胜利者则是死亡，正如爱丁顿所说：“在属于内心和外界的两种经验之间搭任何桥梁，时间都占着最关键的地位”。文化时间确定了时间的有向性。根据潮水、冬夏二至、季节、星辰的循环往来，这些现象使得许多原始社会尤其是中美洲的玛雅人都把时间看作一种基本上不断循环的有机节奏。而他们把这种自然的循环与时间联系在了一起，他们认为时间也是循环的，也就有了一天白天黑夜的循环，一年365的循环。哲学时间中波尔兹曼（Lud

6、wigBoltzmann），牛顿，爱因斯坦都对时间进行了一定的讨论。波尔兹曼认为最平常的东西一到哲学就变成了不可解决的难题，哲学对逻辑有很高的要求。牛顿的运动数学表达式使得真正“科学时间”的诞生。牛顿的时间是绝对的，所有的任何事件都在空间里有个一定的位置，都发生在时间里某个特定的时刻。在牛顿力学中，不论时间是前进的（）还是后退的（）牛顿的方程式都是成立的。爱因斯坦惊人的相对论对时间的单向性能使我们知道它的整个过去和未来。但是，哪个方向是指向将来的，哪个是指向过来的我们并不知道。时间总是困扰着我们，

7、而量子力学的出现给继续寻找时间方向的依据。量子力学统治原子分子世界，在这些微观领域中我们看似得到了时间之箭。长寿K粒子以及量子论中的测量都是难解之谜。从这两点中我们似乎能见到时间的量子箭头。量子力学与爱因斯坦的相对论是不相容的，或许有一天我们可以找到两者之间的联系点，运用量子论和相对论真正解决时间箭头的方向。1．1.2时间之箭时间之箭的概念英国天体物理学家爱丁顿（ArthurEddington）在1927年首先提出来的。旨在说明时间的行走就像是一根向前走的箭一样，它是具有方向性的量。正是因为时间之

8、箭的出现说明了我们不可能从一个整齐的办公室出去，一段时间后回来办公室却看见所有的一切都变得乱七八糟的。1.2时间、热力学第二定律与量子力学量子力学当中的海森堡不确定性、爱因斯坦的相对论、牛顿力学等理论说明时间的方向是无关紧要的，但是热力学第二定律却体现说时间并不是混沌的，它是具有方向的。这让我们对热力学第二定律充满了好奇。1.2.1热力学第二定定律热力学第二定定律主要是说不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化。这句话是说，物体的机械能可以100%地转化为内能，