微观量子世界真正恐怖之处，物理学家在粒子实验中观察到时光倒流

大家好，欢迎收看量子科普第117期，今天和大家聊一聊关于埃里克卢茨教授在微观世界实现的时光倒流。

世界著名杂志—英国《每日邮报》在2017年12月1日刊登了德国埃尔朗根纽伦堡大学埃里克卢茨教授的一项物理实验，埃里克卢茨教授称：时光旅行在微观粒子世界或许真的可以实现。



时光旅行是一个经久不衰的话题，在20世纪初物理学家爱因斯坦提出狭义相对论时，爱因斯坦提出了一种名为时间膨胀的效应，即运动时钟的指针行走的速率比时钟静止时的速率慢，所以时间膨胀效应又称钟慢效应，简而言之就是：运动速度快的物体要比运动速度慢的物体相对时间流逝得慢，而物体运动速度的极限就是光速，即30万公里每秒，如果物体运动的速度达到了光速，那么时间流逝就相对静止了，如果物体的运动速度超越了光速呢？



对不起，在相对论构建的物理体系中，光速是宇宙中的速度极限，如果物体的速度超越了光速，那么根据相对论公式，时间流逝则变成了一个没有任何实际意义的虚数，如果抛去数学公式的限制，从单纯的物理角度去考虑超越光速的问题呢？其实也不太可能，因为超越光速需要满足两个必要条件：一、无限大的能量，二、物体的静止质量为零，两个条件必须同时满足，但宇宙中除了光子之外，似乎找不到类似的物质。



不过埃里克卢茨教授的实验或许为实现时光旅行提供了一种新的可能性，埃里克卢茨教授在一项关于微观粒子的实验中偶然发现：在特定的情况下，热量可以由温度低的微观粒子传递到温度好的微观粒子。



根据热力学第二定律：热能以自发地从温度高的物体传递到温度低的物体，但热量却不可能自发地从温度低的物体传递到温度高的物体，在埃里克卢茨教授的实验中，热量从温度低的微观粒子传递到温度高的微观粒子，这显然违背了物理定律，也违背了我们的认知常识，这就温度计在冰天雪地天气里，水银柱却直线上升一样搞笑，埃里克卢茨教授的这项实验无法使用任何一种已知的理论去解释它，于是埃里克卢茨教授的实验提出了一个大胆的想法：在热力学第二定律中，熵是体系混乱程度的度量，熵会随着时间增加而增加，独立系统中熵的增加是不可逆的，埃里克卢茨教授实验中的热量从温度低的微观粒子传递到温度高的微观粒子并非是违背了热力学第二定律，而是实验中的“时间箭头”发生了反转，也就意味着微观粒子实现了时光倒流。



时间箭头这个概念很有意思，因为时间本身就是看不见、也摸不着的，根据爱因斯坦的相对时空观，时间并不是绝对的，而是相对的，时间过于抽象，想要验证“时间箭头”是否发生了反转，那么就是通过实验对比的方式来证明，于是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对比，结果是：其他部分的时间箭头指向经典方向，而微观粒子的时间箭头的确发生了反转。



埃里克卢茨教授的这项实验或许闯入了时间领域的禁区，但这也并不意味着人类可以利用这项技术去实现时光旅行，因为微观世界与宏观世界之间存在着很大的鸿沟，但这项发现或许可以帮助开发新的热力学性质量子引擎，完成一些看起来根本不可能完成的事情，例如：控制小尺度的热量流动方向。