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关于量子力学发现“时光倒流”的新思考

2018-12-12  sijin2013

——读《德国科学家在量子实验中发现了时光倒流》一文有感

司 今(jiewaimuyu@126.com)

关于量子力学发现“时光倒流”的新思考

爱因斯坦的时光倒流

“时光倒流”作为一个物理推理概念,是指时间流逝有方向性,其物理含义有二方面:

1、从爱因斯坦相对论角度而论,当物体运动速度超过光速时就可以引起时光倒流;

2、从热力学和量子力学角度而论,在一个孤立系统中如果存在一个能够从低温向高温流动的物体,就说明这个物体运动具有时光倒流情形,这种论述起源于热力学中的熵概念。

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熵的对数描述

熵是1854年克劳修斯引进的一个关于热力学体系的态函数,用来表述热力学第二定律,其本意是希望用一种新的形式来表达热机在其循环过程中所要满足的条件。考察一个闭合的过程,有

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其中dQ是流入系统的热量,T是绝对温度。对于可逆过程,有

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这说明对可逆过程,从状态A到状态B,不依赖于路径,有

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所以说S是一个状态函数。实际上,无论循环是否是可逆的,在循环结束时,“工作介质”是恢复了原状的。针对一个热力学体系,总可以定义这样的状态函数S,它是一个广延量,一个对气体、磁体、电介质来说是共性的东西。

可见,熵的物理意义代表系统的无序程度,无序程度增加,熵增;反之熵减。

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熵:dS=dQ/T

热力学第二定律将熵S推到了作为热力学系统演化方向判据的位置:对于一个孤立体系而言熵是恒增的,而熵增意味着系统可能状态数增加,因此直观上的熵增加就和系统的无序联系了起来,而且熵增加过程也常被认为是体系的自发过程,由此规定了系统中的时间箭头流动指向。

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时间晶体

而在《德国科学家在量子实验中发现了时光倒流》一文中,埃里克⋅卢茨教授在一个实验中发现:在一定的情况下,热量可以由温度较低的量子态微观粒子传递到温度较高的量子态微观粒子,由此他就推断,这种现象从热力学熵角度而论,实质上就是一种“时光倒流”现象。

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时光倒流

但我认为,埃里克⋅卢茨教授的这种推断带有片面性和非合理性,因为温度与熵概念都是对大量粒子运动作宏观统计的概念,用它们去衡量大量粒子流中的少数粒子运动“出格”的行为是不够严谨和科学的。

依据麦克斯韦速率统计规律,任何一束粒子流中的粒子运动都会存在速率上的差异,特别是在同一个含有场的空间,这种差异效应会表现得更明显,对此,我们就不可能再用“统计”结果去衡量个别粒子的运动行为;这时,对个别粒子运动行为的考察就应须考虑粒子的自旋与平动速率上的差异,如此以来就不可能再得出所谓的“时光倒流”“玄论”了。

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麦克斯韦-玻尔兹曼速率分布

粒子流中的个别粒子会表现出从宏观统计中的低温处流向宏观统计中的高温处,是这些“个别粒子”具有比其他粒子更高运动动能(包括平动和自旋)的结果,并不是所谓“的诡异”量子玩穿越......

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自旋电子磁矩

在此呼吁“量子物理学家”们,别再将宏观统计与个别粒子运动问题相提并论了,因为它们根本就不属于同一考察系统;对个体系统运动而言,根本就不可能存在所谓的时光倒流,时间在它们身上只是一个“人为制定的能够度量其空间变化的周期描述的数学形式”而已.....

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盲人摸象—不同角度认识问题

【附录】

量子力学真正的诡异之处,德国科学家在量子实验中发现了时光倒流

量子科普 2018-10-24 07:03:00

大家好,欢迎收看量子科普第89期,我是常常,今天和大家聊一聊一件看似很诡异的事情:德国物理学家竟然在量子领域的科学实验中发现了时光倒流。

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时光倒流是科幻电影中经常出现的情节,人们常常把时光倒流与超越光速联系在一起,因为在爱因斯坦的相对论中曾经提到“钟慢效应”,即运动时钟的“指针”行走的速率比时钟静止时的速率慢,也就是相对运动速度越快的物体,其时间流逝越慢,物质运动的极限值是光速,即30万公里每秒,于是人们提出了这样的设想:如果物质的运动速度超越了光速,那么时间流逝的方向就应该为负,也就实现了时光倒流,但根据爱因斯坦的相对论来看,能够超越光速的物质必须同光子一样满足一个条件:静止质量为零,于是超越光速、实现时光倒流的可能性被封死。

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2017年12月1日英国《每日邮报》刊登了德国埃尔朗根-纽伦堡大学理论物理教授埃里克⋅卢茨的一个实验,这是一个关于微观量子领域的实验,埃里克⋅卢茨教授宣称:仅仅针对微观亚原子而言,实现时光倒流或者时光旅行在一定程度上是可能的。

埃里克⋅卢茨教授在这项实验中发现:在一定的情况下,热量可以由温度较低的量子态微观粒子传递到温度较高的量子态微观粒子,这种想象是违背物理常识的,因为在宏观世界中,热量只能由温度高的物质向温度低的物质传递,这种现象是不可逆的,根据热力学第二定律,熵是会随着时间增加而增加,熵是热力学中描述物质状态的参量,物理意义是体系混乱程度的度量。

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熵很好的解释了为何我们能轻而易举的将杯子或鸡蛋打碎,但是我们却几乎不可能将已经打碎的杯子或鸡蛋复原,埃里克⋅卢茨教授发现的在微观量子领域中,热量可以由温度较低的量子态微观粒子传递到温度较高的量子态微观粒子的这种现象明显是打破了宏观世界的规律,我们找不到任何一种理论去解释它,在宏观世界中也找不到任何一种与它相似的现象,所以只能用“时间箭头”发生了反转来解释,那就是说:热量可以由温度较低的量子态微观粒子传递到温度较高的量子态微观粒子的这种现象实质上就是:时光倒流。

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埃里克⋅卢茨教授提到的“时间箭头”为何会发生反转呢?是不是实验数据统计出现了错误呢?而且时间箭头本来就是一个相对概念,而不是绝对概念,于是埃里克⋅卢茨教授及其实验小组为了验证“时间箭头”反转的正确性,埃里克⋅卢茨教授将这项实验的时间箭头与实验区其他部分的时间箭头做了比较,得出的结论是:实验室其他部分的时间箭头指向经典方向,而量子态微观粒子的时间箭头真的发生了反转。

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埃里克⋅卢茨教授提到:这项实验并不意味着建造时间倒流机器的实际可行性,但至少可以证明微观量子世界拥有着与宏观世界截然不同的运行规律,埃里克⋅卢茨教授的这项发现可以帮助开发独特热力学性质量子引擎,完成目前科技根本无法完成的任务,例如:控制小尺度的热量流动方向。

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