鳳凰科技訊 北京時間8月5日消息,據(jù)科學(xué)日報報道,比利時布魯塞爾自由大學(xué)的理論物理學(xué)家研發(fā)了量子理論的一個完全對稱方程式,它確定了不對稱性與我們可以記住過去而非未來這一事實之間的精確連接。 ![](http://image87.360doc.com/DownloadImg/2015/08/0510/56782613_1.jpg) 時間的箭頭:我們?yōu)槭裁粗挥浀眠^去而非未來 經(jīng)典力學(xué)定律與時間方向是獨立存在的,但這在量子力學(xué)里是否正確一直備受爭論。但達成共識的是主宰獨立量子系統(tǒng)的定律是時間對稱的,根據(jù)似乎只適用于時間向前移動的準(zhǔn)則,測量會改變系統(tǒng)的狀態(tài),且對這種效應(yīng)的解釋存在差異。 現(xiàn)在布魯塞爾自由大學(xué)的理論物理學(xué)家提出了量子理論的一個完全時間對稱方程式,它確定了不對稱性與我們可以記住過去而非未來這一事實——這個現(xiàn)象被物理學(xué)家史蒂夫·霍金稱為時間的“心理學(xué)”箭頭——之間的精確連接。 這項研究提供了自由選擇和因果關(guān)系概念的新見解,并提出在物理學(xué)基本理論里不應(yīng)該考慮因果關(guān)系。它還拓展了美國物理學(xué)家尤金·保羅·維格納(Eugene Paul Wigner) 提出的量子力學(xué)里的奠基石定理,指出了尋找已知模型以外物理學(xué)的新方向。這些發(fā)現(xiàn)被發(fā)表在期刊《自然·物理學(xué)》上。 我們在當(dāng)下做出的選擇可以影響未來事件而非過去事件這一觀點反映在標(biāo)準(zhǔn)量子理論準(zhǔn)則里,也就是量子理論學(xué)家稱為“因果關(guān)系”的原則。 為了理解這一原則,文章作者分析了量子理論背景下選擇這一概念的真正意義。例如,我們認為一個實驗者可以選擇對某一個特定系統(tǒng)進行什么樣的測量,但卻無法選擇測量的結(jié)果。相應(yīng)的,根據(jù)因果關(guān)系原則,測量的選擇只與未來的測量結(jié)果有關(guān),而測量結(jié)果可以與過去以及未來測量的結(jié)果都相關(guān)。研究人員因此提出,定義的特性——我們根據(jù)它來解釋變量描述了測量(取決于測量者的選擇)其實早在實際測量進行之前就已經(jīng)知道了。 從這個角度看,因果關(guān)系原則可以被理解為在不同時間可以獲得的不同變量信息的限制。這一限制并不是時間對稱的,因為測量的選擇和測量的結(jié)果是后驗的。根據(jù)這項研究,這才是蘊藏在量子理論標(biāo)準(zhǔn)方程式里不對稱性的本質(zhì)。 “量子理論的形成是基于不對稱概念,它反映了我們了解過去并對預(yù)測未來感興趣的事實。但是可能性這一概念是獨立于時間的,從物理學(xué)家的角度看,試圖從本質(zhì)對稱的角度形成理論也是說得通的,”文章首席作者奧格尼揚·奧爾什科夫(Ognyan Oreshkov)這樣說道。為了達到這個目的,作者提出采用測量的一個新概念,這一概念的定義不只是基于過去的變量,也可以依賴未來的變量。“在我們提出的方法里,測量不僅被解釋為取決于‘個體’的自由選擇,也描述了不同時空區(qū)域可能事件的信息?!蔽恼潞献髯髡?、布魯塞爾自由大學(xué)量子信息與通信中心主任尼古拉斯·科夫(Nicolas Cerf)這樣說道。 遵循這一方法的量子理論時間對稱方程式里,因果關(guān)系和時間的心理學(xué)箭頭原則都產(chǎn)生于物理學(xué)家所謂的邊界條件——根據(jù)理論進行預(yù)測所基于的參數(shù),但這些參數(shù)的值原則上是隨意的。因此,例如根據(jù)這一新方程式,可以想像在宇宙某些部分因果關(guān)系可能是不成立的。 時間對稱方程式的另一個結(jié)果便是對維格納提出的基本定理的延伸,這些基本定義描述了物理對稱性的數(shù)學(xué)表征,是理解很多現(xiàn)象,例如存在什么基本粒子的中心。這項研究顯示了在新的方程式里,對稱性可以體現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)方程式不允許存在的方式上,這或可能具有意義深遠的物理學(xué)含義。其中一種可能性便是這樣的對稱性可能與量子引力理論有關(guān),因為它們具備被推測只發(fā)生在黑洞存在的情況下的轉(zhuǎn)變形式。 “我們的工作顯示了如果我們相信時間對稱性是物理學(xué)基本定律的特性,我們必須考慮標(biāo)準(zhǔn)量子理論構(gòu)想以外的現(xiàn)象的可能性。至于這種現(xiàn)象是否存在,以及我們?nèi)ツ睦飳ふ宜鼈儎t是一個巨大的開放性問題。” 奧爾什科夫解釋道。(編譯/嚴(yán)炎劉星)![](http://image87.360doc.com/DownloadImg/2015/08/0510/56782613_2.gif)
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