摘要：传统物理定律的时间对称性与宏观时间单向性（“时间之箭”）的矛盾长期困扰学界。最近一篇发表在《Scientific Reports》的文章提出突破性观点：通过建立开放量子系统模型，采用环境耗散假设与非连续时间因子数学机制，首次证明量子系统中时间反演对称性可保持。

导语

传统物理定律的时间对称性与宏观时间单向性（“时间之箭”）的矛盾长期困扰学界。最近一篇发表在《Scientific Reports》的文章提出突破性观点：通过建立开放量子系统模型，采用环境耗散假设与非连续时间因子数学机制，首次证明量子系统中时间反演对称性可保持。研究发现系统在正向/逆向时间流中呈现相同行为，揭示时间单向性可能源于环境尺度效应而非基础物理限制，为量子力学与宇宙学的时间本质研究提供了新范式。

研究领域：时间之箭、开放量子系统、时间反演对称性、量子热力学、记忆核、非连续时间因子、环境耗散、跨尺度物理

数个世纪以来，科学家们始终困惑于“时间之箭”的概念，即时间不可逆地从过去流向未来的特性。虽然这在我们的现实体验中显而易见，但基础物理定律本身并未赋予时间特定的方向性。无论时间正向还是逆向流动，物理方程依然保持对称性。

该研究通讯作者、萨里大学物理与数学生物学副教授Andrea Rocco博士解释道：“这种现象的典型例证是泼洒在桌面的牛奶扩散过程，人们可以明确感知时间在向前流动。但如果以倒放电影的方式呈现这个过程，人们会立即察觉异常——很难相信牛奶会自发聚拢回玻璃杯。”

然而，像钟摆运动这样的可逆过程，无论正向还是逆向播放都显得合理。关键在于，最基础的物理定律与钟摆运动类似，它们并未包含不可逆过程的机制。

“我们的研究表明：尽管日常经验告诉我们时间仅朝单一方向流动，但我们并未意识到相反方向同样具备物理可能性。”这项发表于《Scientific Reports》 （科学报告） 的研究聚焦于“开放量子系统”，即与环境存在相互作用的亚原子量子系统。研究团队试图探索：为何我们感知到时间单向流动？这种感知是否源自开放量子力学的特性？

为简化问题，研究者提出两个关键假设：首先，将系统所处的广袤环境进行特殊处理，使研究可聚焦于量子系统本身；其次，假设环境（如同整个宇宙）具有足够大的尺度，能量与信息在其中耗散后永不复返。

这种方法使研究者能够探究时间单向性的起源之谜，尽管在微观层面理论上时间可双向流动。值得注意的是，即便应用这些假设，系统在时间正向与逆向流动时仍呈现相同行为。这一发现为“时间反演对称性在开放量子系统中依然成立”的观点提供了数学基础，暗示时间之箭可能并不像我们体验的那般固定。

负责理论计算工作的博士后研究员Thomas Guff 表示：“研究最令人惊讶的发现是：即使对描述开放量子系统的方程进行标准简化假设后，无论系统时间流向如何，方程仍保持相同形式。”

“通过严谨的数学推演，我们发现这种特性必然源于方程的核心要素——‘记忆核’具有时间对称性。我们还发现了一个常被忽略却至关重要的细节：一个保持时间对称性的非连续时间因子。这种非连续数学机制在物理方程中极为罕见，其自然涌现令人震撼。”

该研究为物理学最深刻的谜题之一提供了全新视角。对时间本质的深入理解可能对量子力学、宇宙学等领域产生深远影响。

来源：时空探险家