科学家在实验中实现了时间倒流

https://www.toutiao.com/a6545669031779631624/有些铁律是牢不可破的，比如热力学第二定律。热力学第二定律描述了熵——用以衡量无序程度的概念——在一个孤立的系统内是不会下降的。破碎的玻璃，咖啡上消散的奶油，被炒熟的鸡蛋——永远都不会恢复原样。这个定律在我们的物理现实中是如此基础，以致于一些物理学家相信，它和时间的流逝方向有关。

但是在量子系统中，却存在着令人迷惑不解的例外。一个科研小组最近就成功地让热量自发地从一个较冷的量子物体，传导给了一个较热的量子物体。这个实验让我们看到，在新兴的量子热力学领域，信息、熵和能量之间存在着非常紧密的联系。

这个巴西科研小组的实验对象，是一个包含一个碳原子、一个氢原子和三个氯原子的分子。他们制造了一个磁场，让两个量子粒子——或称“量子位”——也就是这个分子中的碳和氢原子核自旋方向保持一致。这两个原子核由此发生关联，成为一个单一的、不可分离的整体，一种包含了两个量子位的量子状态。

在这样的关联状态下，一种奇特的现象发生了。

传统意义上的熵，衡量的是一个系统所能包含的各个结构的无序程度。在一个经典的系统内，系统的熵等于系统内各部分熵的总和。

但在量子世界里，关联会影响到熵。一个两个量子位的系统，其状态可能是四种状态中的一种——00､01､10或是11——而其熵是由这四种状态出现在它身上的可能性决定的。通过将单一量子位的熵和关联系统的熵相比较，科研人员能够测出这种关联性的强弱。

实验刚开始时，这两个粒子的关联性非常强。而随着实验的推进，粒子间的关联性逐渐变弱。而关联性变弱，意味着这个系统的总熵开始下降。

在普通的非关联系统中，总熵不可能下降，因为这违反热力学第二定律。但这是一个量子系统，其关联性的变弱表明，有热量从较冷的量子物体传导给了较热的量子物体。较冷的量子位变得更冷，较热的量子位变得更热。而这背后的原因，可能是在量子世界里，关联性和熵之间发生了某种交换。



不仅如此，这个实验实际上还成功地使时间流逝的方向发生了反转，至少在这个孤立的系统内是这样。热力学认为封闭系统内的熵只可能上升，或保持不变，不可能下降。这是它定义时间流逝方向的方法。因此当科研人员在实验室中，使一个孤立系统的总熵下降，实际上就是在让时间朝着相反的方向流逝。

这个实验的结果表明，时间的流逝方向与初始条件有关。因此它是一个相对概念。

这是科学家首次在物理系统中实现时间流逝方向的反转。但在此前有过多次尝试。2012年，有科学家曾经试图让水波沿着原路返回到它们的出发地。2016年，有科研小组利用“量子点”的概念，验证了一个通用方程，可以用来区分时间的方向。

我们虽还不能利用这一系列研究制造出时间机器，但它们对现实依然具有非常重要的启示作用。比如有物理学家正在探索利用相似的效应，研制拥有超高效率的量子热泵。

与此同时，我们还能通过这样的研究，更加深入地思考宇宙的起源之谜。宇宙学中的一个谜团是，为何宇宙起源于低熵，且一直在朝着高熵发展？为什么时间会朝着这样一个方向流逝？将熵与量子现象相联系，或许可以让我们换一条思路。

参考：http://abstractions./article/302/quantum-correlations-reverse-thermodynamic-arrow-of-time