時間的箭頭

亞瑟·斯坦利·愛丁頓爵士

這時間的箭頭， 也被稱為時間的箭頭，是提出“單向方向”或“”的概念不對稱“ 的時間。它是由英國天體物理學家於1927年開發的亞瑟·愛丁頓，是一個未解決的一般物理問題。根據愛丁頓的說法，這個方向可以通過研究原子，分子， 和身體，可能被吸引四維世界的相對論地圖（“紙的堅實塊”）。^[1]

物理過程顯微鏡水平被認為是完全或大部分時間對稱：如果時間的方向逆轉，描述它們的理論陳述將保持真實。但是在宏觀級別通常似乎不是這樣：有明顯的方向（或流動）時間。

概述

時間的對稱（T-對稱）可以簡單地理解為以下內容：如果時間完全對稱，那麼真實事件的視頻是現實的，無論是向前還是向後播放。^[2]重力例如，是一種時間可逆力。被扔掉，放慢腳步的球，而瀑布是錄音看起來同樣現實的前鋒和後退的情況。該系統是t-smoretical。但是，球彈跳並最終停止的過程並不是時間可變的。前進時，動能被消散了熵增加。熵可能是少數幾個過程之一不是時間可逆的。根據增加熵的統計概念，自由能的減少可以識別時間的“箭頭”。^[3]

在他的書中大局，物理學家肖恩·卡羅爾（Sean M. Carroll）已經將時間的不對稱性與空間的不對稱性進行了比較：雖然物理定律通常是各向同性，由於靠近這個巨大的身體，“向上”和“向下”之間存在明顯的區別，這打破了空間的對稱性。同樣，物理定律通常與時間方向的翻轉相稱，但在附近大爆炸（即最初的數万億年之後）由於與這個特殊事件的相對接近，“正向”和“向後”之間存在明顯的區別，這打破了時間的對稱性。從這種角度來看，所有的時間箭都是我們與大爆炸的相對距離以及當時存在的特殊情況的結果。（嚴格來說，弱相互作用與空間反射和時間方向的翻轉不對稱。但是，他們確實服從了更複雜的對稱性這兩者都包括。）

愛丁頓的概念

在1928年的書中物理世界的本質，這有助於普及這一概念，愛丁頓說：

讓我們任意繪製箭頭。如果我們遵循箭頭，我們發現了世界狀態中越來越多的隨機元素，那麼箭頭指向未來。如果隨機元素減少箭頭指向過去。那是唯一已知的區別物理。如果我們的基本論點承認引入隨機性是唯一無法撤消的事情，則立即隨之而來。我將使用“ Time's Arrow”一詞來表達這種單向的時間屬性，該屬性在太空中沒有類似物。

然後，愛丁頓給出了三個點要注意此箭：

1. 它被生動地認可意識.
2. 我們的推理學院同樣堅持這一點，這告訴我們，箭頭的逆轉會使外部世界變得荒謬。
3. 除了研究許多人的組織外，它沒有出現在物理科學中。（他的意思是僅在熵中觀察到它是由系統引起的統計力學現象。）

箭頭

熱力學時間

時間的箭頭是時間的“單向方向”或“不對稱”。時間的熱力學箭頭由熱力學第二定律，這說明在一個孤立的系統中，熵往往會隨著時間而增加。熵可以被認為是微觀疾病的量度。因此，第二定律意味著時間相對於孤立系統中的順序數量不對稱：隨著系統的發展，它變得越來越統計學上。儘管測量熵不能準確地測量時間，但這種不對稱性可用於憑經驗區分未來和過去。同樣，在開放系統中，熵可以隨著時間而減小。

英國物理學家阿爾弗雷德·布萊恩·皮帕德爵士寫道：“因此，沒有理由是，通常會透露地重複的觀點，即熱力學的第二定律在統計學上是正確的，從某種意義上說，微觀違規反復發生，但絕不違反任何嚴重的嚴重程度。相反，沒有證據曾經提出過，第二種法律在任何情況下都會崩潰。”^[4]但是，有許多關於違反熱力學第二定律，其中之一是龐加萊復發定理.

這種時間的箭頭似乎與所有其他時間有關，可以說是其中一些的基礎，除了弱的時間.^{[需要澄清]}

哈羅德·布魯姆（Harold Blum）1951年的書時間的箭頭和進化^[5]“探索了時間箭頭（熱力學的第二定律）與有機進化之間的關係。”該有影響力的文本探討了“進化和秩序的不可逆性和指導，負側面， 和進化。”^[6]布魯姆認為，進化遵循了特定的模式，這些模式由地球的無機性質及其熱力學過程預先確定。^[7]

宇宙學

這宇宙學指向宇宙擴展的方向。它可能鏈接到熱力學箭頭，宇宙朝著熱死亡（大寒）作為熱力學自由能變得可忽略。另外，它可能是我們在宇宙演變中的位置的工件（請參閱人類偏見），隨著重力將所有東西拉回一個大緊縮.

如果這個時間的箭頭與其他時間有關，那麼未來是根據定義宇宙變大的方向。因此，宇宙通過定義擴展而不是收縮。

時間的熱力學箭頭和熱力學的第二定律被認為是初始狀態在早期的宇宙中。^[8]因此，它們最終是由宇宙學設置造成的。

輻射箭頭

波浪，來自無線電波至聲波對於池塘里的那些扔石頭的人，即使波方程容納收斂波和輻射溶液的溶液。該箭頭已經在精心工作的實驗中逆轉，該實驗產生了收斂波，^[9]因此，該箭頭可能是從熱力學箭頭遵循的，在滿足條件以產生收斂波的情況下，比輻射波的條件更需要階。換句話說，產生收斂波的初始條件的概率遠低於產生輻射波的初始條件的概率。實際上，通常會輻射波增加熵，而收斂波則減少了熵，這使得在通常情況下與熱力學的第二定律相矛盾。

因果關係

一個原因在其效果之前：因果事件發生在事件引起或影響之前。例如，出生遵循成功的概念，反之亦然。因此，因果關係與時間的箭頭密切相關。

一個認識論將因果關係用作時間箭頭的問題是大衛·休姆維持，因果關係本身就無法感知；只有一個人感知事件序列。此外，出乎意料的是，很難清楚地解釋術語的真正含義，或者定義他們所引用的事件。但是，似乎很明顯，放一杯水是原因，而杯子隨後粉碎並溢出水是效果。

從物理上講，系統及其周圍環境之間的相關性隨著熵的增加而增加，並且在與環境相互作用的有限系統相互作用的簡化情況下已被證明與之相等。^[10]低初始熵的假設確實等於假設系統中沒有初始相關性。因此，只有在我們的時間前進而不是向後時，才能創建相關性。控制未來，或導致某事發生，創建相關性在行動者和效果之間，^[11]因此，因果關係之間的關係是熱力學時間的箭，是熱力學第二定律的結果。^[12]的確，在上面的杯子下降示例中，初始條件具有高階和低熵，而最終狀態在系統的相對較遠的部分之間具有很高的相關性 - 杯子的碎片碎片以及溢出的滴劑水，導致杯子掉落的物體。

粒子物理（弱）時間的箭頭

某些涉及的亞原子相互作用弱核力量違反兩者的保護平價和電荷共軛，但很少。一個例子是Kaon衰變.^[13]根據CPT定理，這意味著它們也應該是時間的，因此建立了一大堆時間。這樣的過程應負責物質創造在早期的宇宙中。

奇偶校驗和電荷共軛的組合被打破了，很少意味著該箭頭“僅”一個方向“幾乎沒有”指向，將其與其他方向更為明顯的其他箭頭區分開來。該箭頭沒有與任何大規模的時間行為聯繫在一起瓊·瓦卡羅（Joan Vaccaro），他們表明違規可能是保護法律和動態的原因。^[14]

量子箭頭

量子演化受時間對稱的運動方程（例如Schrödinger方程在非權利主義近似中）和波函數崩潰，這是一個時間不可逆轉的過程，要么是真實的（由哥本哈根的解釋的量子力學）或僅明顯（通過許多世界的解釋和關係量子力學解釋）。

理論量子反應解釋了為什麼由於熱力學的第二定律，波功能崩潰以時間 - 對稱的方式發生，從而從量子箭頭中得出了時間的量子箭頭熱力學時間。本質上，遵循任何粒子散射或兩個較大系統之間的相互作用，相對階段在兩個系統中，最初是有序相關的，但是隨後的交互（與其他粒子或系統）使它們變得更少，因此兩個系統變得變形。因此，變形是微觀障礙增加的一種形式 - 簡而言之，腐蝕性增加了熵。兩個切換系統無法再通過量子疊加，除非它們再次變得連貫，這通常是由熱力學的第二定律。^[15]用關係量子力學的語言，觀察者與所測量狀態糾纏在一起，在該狀態下，這種糾纏增加了熵。如前所述塞思·勞埃德（Seth Lloyd），“時間的箭頭是增加相關性的箭頭”。^[16][17]

但是，在特殊情況下，人們可以準備最初的條件，從而導致腐蝕和熵的降低。這是在2019年實驗表明的，當時一組俄羅斯科學家報告了量子箭頭的逆轉IBM量子計算機，在一個實驗中，支持對熱力學量的量子箭頭的理解。^[18]通過觀察由兩個和以後的三個製成的量子計算機的狀態超導量子位，他們發現在85％的情況下，兩數Q量計算機返回到初始狀態。^[19]該州的逆轉是由特殊程序進行的，類似於隨機微波背景在電子.^[19]但是，根據估計，整個宇宙年齡（137億年）這種對電子狀態的逆轉只會發生一次，0.06納秒.^[19]科學家的實驗導致了一個可能性量子算法扭轉給定的量子狀態通過複雜的結合國家。^[18]

請注意，量子脫位僅允許量子波塌陷的過程。崩潰本身實際發生或僅是冗餘而明顯的是爭議的問題。但是，由於現在廣泛接受了量子破壞理論並已在實驗中得到支持，因此不再認為這一爭議與時間問題的箭頭有關。^[15]

時間的心理/感知箭頭

出現了相關的心理箭頭，因為人們的感知是從已知的過去到未知的未來的連續運動。這種現像有兩個方面：記憶 - 我們記得過去而不是未來；和意志 - 我們覺得我們可以影響未來，但不影響過去。這兩個方面是時間因果箭頭的結果：過去的事件（但不是未來事件）是我們目前記憶的原因，因為外部世界和我們的大腦之間形成了越來越多的相關性（請參閱相關性和時間的箭頭）；我們目前的意志和行動是未來事件的原因。這是因為熵的增加被認為與系統及其周圍環境之間的兩個相關性的增加有關^[10]以及整體複雜性，在適當的定義下^[20]因此，所有這些都隨時間增加。

過去和未來在心理上也與其他概念相關。英語，與其他語言一起，傾向於將過去與“背後”和“未來”與“前方”聯繫起來，以及諸如“期待歡迎您”的表達方式，“回顧好舊時代”或“前來的幾年”。但是，在文化上確定了這種“背後”和“前進”和“未來”的關聯。^[21]例如，aymara語言在術語和手勢方面，同事“前進”和“後面”和“背後的未來”，與過去觀察到的過去以及未來的未來相對應。^[22][23]同樣，中國人“明天之後的第二天”（“hòutiān”）的術語字面意思是“（或落後）一天”，而“昨天的前一天”前天（“qiántiān”）實際上是在“前（或在前）的“或在前）”，中國發言人在過去和未來的前面自發手勢，儘管關於他們是否認為自我在過去還是後面有矛盾的發現。^[24][25]沒有任何語言將過去和未來放在左右軸上（例如，英語中沒有表達*會議移到左邊），儘管至少說英語的人將過去與左派和未來聯繫在一起。^[21]

“昨天”和“明天”一詞都轉化為同一單詞印地語：कल（“ kal”），^[26]意思是“ [一日]從今天開始。”^[27]歧義是通過動詞時態解決的。पसों（“ parson”）用於“昨天”和“明天之後的一天”或“從今天開始兩天”。^[28]

त（“ Tarson”）用於“從今天起三天”[1]和नसों（“ Narson”）用於“從今天起四天”。

時間的心理傳遞的另一面是意志和行動的領域。我們計劃並經常執行旨在影響未來事件進程的行動。來自Rubaiyat：

移動的手指寫道；而且，有令狀，
繼續前進：也不是所有的虔誠，也不是機智。
應將其誘使取消一半，
也沒有所有的眼淚洗掉一句話。

—奧馬爾·卡耶姆（OmarKhayyám）（翻譯由愛德華·菲茨杰拉德（Edward Fitzgerald））。

2022年6月，研究人員報導^[29]在物理評論信找到那個sal正在演示違反直覺對時間箭頭的響應，他們的眼睛如何看待不同的刺激。

也可以看看

• 時間的簡短歷史
• 人類原則
• Ilya Prigogine
• Loschmidt的悖論
• 麥克斯韋的惡魔
• 量子zeno效應
• 皇家機構聖誕節演講1999
• 薩梅
• 時間演變
• 時間逆轉信號處理
• Wheeler – Feynman吸收理論

參考

進一步閱讀

• Lebowitz，Joel L.（2008）。“時間的箭頭和鮑爾茨曼的熵”.學者.3（4）：3448。Bibcode：2008SCHPJ ... 3.3448L.doi：10.4249/Scholarpedia.3448.
• Boltzmann，路德維希（1964）。氣理論講座。加利福尼亞大學出版社。由Stephen G. Brush翻譯成原始德語。最初出版於1896/1898。
• 卡洛爾，肖恩（2010）。從永恆到這裡：對最終時間理論的追求。達頓。網站
• 科維尼，彼得; Highfield，Roger（1990），時間的箭：通過科學的航行來解決時間最大的奧秘，倫敦：W。H。Allen，Bibcode：1990ATVT.Book ..... c，ISBN 978-1-85227-197-8
• 菲曼，理查德（1965）。物理法的性格。 BBC出版物。第5章。
• Halliwell，J.J。；等。 （1994）。時間不對稱的物理起源。劍橋。ISBN 978-0-521-56837-1.（技術的）。
• Mersini-Houghton，L.，Vaas，R。（編輯）（2012年）時間的箭頭。宇宙學的辯論。施普林格。 2012-06-22。ISBN 978-3-642-23258-9.（部分技術）。
• Peierls，R（1979）。理論物理學的驚喜。普林斯頓。第3.8節。
• 彭羅斯（Penrose），羅傑（Roger）（1989）。皇帝的新思想。牛津大學出版社。ISBN 978-0-19-851973-7.第七章。
• 彭羅斯（Penrose），羅傑（Roger）（2004）。通往現實之路。喬納森·開普（Jonathan Cape）。ISBN 978-0-224-04447-9.第27章。
• Price，Huw（1996）。時間的箭頭和阿基米德的觀點.ISBN 978-0-19-510095-2.網站
• Zeh，H。D（2010）。時間方向的物理基礎.ISBN 978-3-540-42081-1.這本書的官方網站
• “巴巴爾實驗確認時間不對稱”.

外部鏈接

• 麗思內斯坦不同意的協議，對該主題的歷史觀點的回顧，在演變之前量子場理論.
• 熱力學箭頭：拼圖和偽puzzleshuw on時間箭頭
• 離散玩具模型中的時間箭頭
• 時間的箭頭
• 為什麼時間只能向前運行， 經過亞當·貝克爾，BBC.com。