這裡有一種對稱性蘊含在量子場論中,任何已知的程序都不會干擾到它。 這就是所謂的CPT(電荷奇偶時間)對稱性,它表示如果將宇宙中的所有物體都放在一起並翻轉電荷(C),則所有物體會像通過反射鏡一樣反轉(P),並反轉時間方向(T),那麼所有基本物理定律都將繼續以相同的方式工作。
(照片來自Dean Mouhtaropoulos / Getty 拍攝)
我們所謂的反粒子是電荷和奇偶校驗(CP)反轉粒子,因此其行為完全類似於時間反轉的普通粒子。 只是在大爆炸之後,某種程度上我們現在稱之為“常規”粒子的部分過剩,因此我們將這些短期CP的反向版本放置字首“ anti”。 對於我們來說,宇宙中被認為是常規粒子的事物同樣可以被視為其他較不規則版本的反粒子。 當一個正常粒子遇到其反粒子時,它們便會一同湮滅。
所有物理定律在正向推理推的同時也可用相同的方式反推。從統計學上講,所有的能量形式實際上是混亂無序的,這也是我們的大腦之所以遵循特定的時間方向的唯一原因。
例如,當我們射擊水池中心的三角形內的有序檯球時,熵(一種無序度)最有可能增加。 但是,如果所有這些球以某種方式發生了完全相反的速度和方向運動,那麼在我們進行第一次射擊後,它們實際上將再次在一個較低的熵三角形形狀裡相遇。
根據物理學,沒有什麼可以說反向狀態是不可能存在的情況,但它確實極不可能。 想象一下,對於組成我們宇宙的粒子來說,這多麼不可能! 當我們觀看倒放的視訊時,所有我們看到的奇怪現象只是顯示出熵的自然降低。 反向一詞解釋了我們看到的所有奇怪現象。 所有的。
球剛開始是靜止的,突然蹦得越來越高,是因為地板上分子(熱量)的混沌運動在恰當的時刻突然同步進入了球的另一個方向。 將溫水倒入浴缸中,一側換成熱水,另一側換成涼水。 搖晃帶有黑白球的盒子,結果黑色球整齊地分開在左邊,白色球整齊地分開在右邊。 嬰兒解決魔方的問題。 雞蛋不能油炸的問題。 等等等等。
儘管從技術上講,所有這些不自然地減少熵的現象在物理上都可能像現實生活中發生的那樣,其實這是非常荒謬的,類似於檯球碰到有序三角形的情況(即使這種可能性更高)。 但是,如果我們真的放大了這些怪異的反向熵的例子中的僅幾個粒子,那麼它實際上看起來再正常不過。幾個粒子之間每一次的互動總是看起來很自然,無論是順序還是倒序,就像兩個檯球之間的任何碰撞在順序播放或倒序播放時總是看上去都很正常。這全都與整個系統有更多的可能性增加熵而不是減少熵有關。
圖解:熔冰——增熵的經典例子,1862年被魯道夫·克勞修斯描寫為冰塊中分子分散性的増加
為什麼增加無序狀態有更多的可能性,為什麼我們總是看到熵的增加,以及為什麼我們是在經歷這個時間的方向的唯一原因是因為在時間維度的一側有這種極低的狀態的熵的存在——在我們稱之為“宇宙大爆炸”之後。在“時間”維度的另一端有了“大爆炸”後,我們會容易地體驗到時間從低熵的方向流走,但是我們當前的粒子看起來像是CP反轉的反粒子。 也許在大爆炸之前的所有時間裡,熵都朝著另一個方向增加,而這正是我們所有缺失的反粒子所經過的那一側。
時間似乎是具有基本方向的,這與空間也對我們也具有方向性(接近引力源)相似。
圖解:從大爆炸形成的宇宙演化圖解(左)。在這幅圖中宇宙以二維呈現,第三維度是時間,向右是時間流動的方向。
它之所以讓我們更容易了解過去的細節,而不是未來的細節,是因為它朝著較低熵方向計算可以最終變得更精確更容易,即使僅處理一個資訊片段也是如此,例如一小部分光反射在物體表面。
另一方面,時間向較高熵方向的計算準確度要低得多,尤其是在僅處理少部分資訊的時候。 只需很小的計算誤差,即使忽略了我們現實中的量子力學概率性質,這種差異也可能會升級,從而使其他未被考慮的事物開始運動。 如果只是一個檯球碰到桌上的其他有序三角形的檯球,那麼在將來的時間裡,我們會看到完全不同的情況。 但是計算另一種方法要簡單得多。
圖解:波動光學在短波長極限成為幾何光學,類似地,量子力學在普朗克常數趨零極限成為經典力學。基本而言,在普朗克常數趨零極限,可以從量子力學的薛定諤方程推匯出經典力學的哈密頓-亞可比方程。詳盡細節,請參閱條目哈密頓-亞可比方程。
當我們看到地上破碎的蛋,就能馬上知道它之前是完好的。 但是當我們看到一顆完整的雞蛋時,我們不知道它之後是會掉下來,會被吃掉還是在某個地方最終腐化:繁多的細枝末節情況需要更詳細的資訊來進行計算。 當然,我們的大腦既計算了未來,也計算了過去。但是,儘管我們丟失了許多歷史細節,只要走得更遠,其中一邊的資訊就會比另一邊要清晰得多。
只是我們很快就會失去有關未來的細節,很快。
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反物質(英語:antimatter)在粒子物理學中是反粒子概念的延伸,反物質是由反粒子構成的,如同普通物質是由普通粒子所構成的。例如一顆反質子和一顆反電子〈正電子〉能形成一個反氫原子,如同電子和質子形成一般物質的氫原子。此外,物質與反物質的結合,會如同粒子與反粒子結合一般,導致兩者湮滅,且因而釋放出高能光子(伽馬射線)或是其他能量較低的正反粒子對。正反物質湮滅所造成的粒子,賦予的動能等同於原始正反物質對的動能,加上原物質靜止品質與生成粒子靜品質的差,後者通常佔大部分。(愛因斯坦相對論指出,品質與能量是等價的。)
圖解:想像中用反物質當燃料的反物質火箭
化學及熱力學中所謂熵(英語:entropy),是一種測量在動力學方面不能做功的能量總數,也就是當總體的熵增加,其做功能力也下降,熵的量度正是能量退化的指標。熵亦被用於計算一個系統中的失序現象,也就是計算該系統混亂的程度。熵是一個描述系統狀態的函式,但是經常用熵的參考值和變化量進行分析比較,它在控制論、概率論、數論、天體物理、生命科學等領域都有重要應用,在不同的學科中也有引申出的更為具體的定義,是各領域十分重要的參量。
參考資料
1.維基百科全書
2.天文學名詞
3. forbes-歌詩小