科学家发现几年后一切会重新开始（时间倒流回到过去）

原创： Joseph Xia 国际科学

这几年，穿越剧十分火热，它们的鲜明标志是剧情或多或少涉及到穿越时空的情况。那么，时间到底能不能倒流，“时光机器”到底存不存在呢？

为了解答这个问题，2019年3月13号，来自俄罗斯莫斯科理工学院、美国阿贡国家实验室、苏黎世联邦理工学院的三位科学家在Nature子刊《Scientific Reports》上联名发表了一篇名为《Arrow of time and its reversal on the IBM quantum computer》的论文，该研究旨在寻找一种方法来打破或至少弯曲物理学中最基本的能量定律，并在一定意义上实现时间倒流！

文章的第一作者，来自莫斯科物理技术研究所的量子物理学家戈德伊莱索维克认为，“时间之箭”是指确定了从过去到未来的单向时间方向，也就是说，时间的流逝方向就像箭头的指向那样是单一方向的。

文章随后回顾了热力学第二定律的内容，即热的东西随着时间的推移会变冷，因为能量会从能量最强的区域转换和扩散。

但是，作者指出热力学第二定律不是一个硬性的规则，而是宇宙的指导原则，这个原理，能够解释为什么你的咖啡不能在寒冷的房间里保持热，为什么炒鸡蛋比还原鸡蛋容易，为什么没有人能制作出来永动机。

研究人员认为这也是能得到的最接近“时间之箭”的一条规则，它告诉我们为什么我们能记住我们昨晚晚餐吃的东西，但却不记得下一个圣诞节将会是什么样子的。

实际上，作者称，物理学中的每一条定律都可以被推翻，而且推翻之后仍然是有意义的。例如，你看到任何两个球之间的一次碰撞，并碰巧看到它是相对于另一个球是反向的，那么看起来其实不会感到奇怪。

从宏观尺度来看，热力学定律中不应该出现漏洞，但当我们聚焦于现实的微小尺度时，在这种情况下，孤立的电子就出现了漏洞。电子不像小台球，它们更像是占据空间的信息。它们的细节是由一个叫做薛定谔方程的东西定义的，这个方程代表了一个电子成为机会波的可能性。

如果这有点令人困惑，让我们做个游戏，你从手中的一个台球开始，然后把它滚过桌子，在这个过程中，薛定谔方程会告诉你，球就在台球桌上的某个地方以一定的速度移动，从量子的角度来说，球到处都是以一系列的速度运动的，然而，你可以伸出你的手抓住它来确定它的位置，但你不确定它的速度有多快，同样，你也可以轻轻地用手指碰它，自信地知道它的速度，但却不知道它去了哪里。这就是量子物理学家海森堡于1927年提出的不确定性原理（Uncertainty Principle），也叫作“测不准原理”。

不过，在你打出这个台球的瞬间，你可以相当确定它仍然在你的手附近高速移动，只是仍然不知道其速度的具体数值。

从某种意义上说，薛定谔方程预测了量子与粒子的相同性质，随着时间的推移，粒子的位置和速度的不确定性会扩大。

然而，文章的主要作者，美国阿贡国家实验室的材料科学家瓦莱里·维诺克声称，“薛定谔方程是可逆的”！

他认为，从数学上讲，这意味着在一种称为复共轭的变换下，方程将描述一个“污点”电子在同一时间段内回到空间的一个小区域，这就好像你的滚动球不再以无限可能的位置在黑暗的桌子上散开，而是重新回到你的手上。

理论上，没有什么能阻止它自发发生，但是，你需要每秒钟盯着100亿个电子大小的台球桌，以及我们宇宙的生命周期，才能看到它发生一次！

在实际研究中，研究小组没有这种能力和耐心去时时刻刻观察这些电子，对于这个问题，研究人员使用量子计算机中未确定的粒子状态作为他们的球，并巧妙地操纵计算机作为他们的“时间机器”。

这些状态或量子位中的每一个都被安排成一个简单的状态，对应于一只手拿着球，一旦量子计算机开始工作，这些状态就有了各种可能性。

通过调整计算机设置中的某些条件，这些可能性被限制在一种有效地重复薛定谔方程的方式之中。

为了测试这一点，团队再次启动了设置，就好像踢了一下台球桌，竟然发现分散的球重新排列成最初的金字塔形状！

在实际的层面上，他们用来操纵薛定谔方程的算法以这种方式可以帮助提高量子计算机的精度。

据了解，这不是这个团队第一次重新思考并应用热力学第二定律，实际上，在几年前的一个研究中，他们就曾经尝试把一些粒子缠在一起，并设法加热和冷却它们，使它们实际上像一台永动机。

该研究的贡献在于找到在量子尺度上推动这些物理定律极限的方法，为研究真实量子系统中的时间反转和反向时间流指出了几个方向，也许能帮助我们更好地理解为什么时间会一往无前的向前“流动”。

这个研究告诉我们，在微小的量子领域，“时光倒流”的现象或许可以被观察到，但是，在实际生活中，“时光机器”还只是个想法。既然不能改变时间，那就努力让自己不负时光吧！