時間的箭頭

亞瑟·斯坦利·埃丁頓爵士(1882-1944)

時間的箭頭(也稱為時間的箭頭)是提出“單向方向”或“不對稱時間的概念。它是由英國天體物理學家亞瑟·埃丁頓(Arthur Eddington)於1927年開發的,是一個未解決的一般物理問題。根據愛丁頓的說法,可以通過研究原子分子身體的組織來確定這個方向,並且可以在世界上的四維相對論圖上繪製(“紙的堅實塊”)。

時間悖論的箭頭最初在1800年代被認為是氣體(和其他物質)是熱力學/統計物理學顯微鏡宏觀描述之間的差異:在微觀水平上,物理過程被認為是完全或大多數是時間對稱的:如果時間的方向逆轉,描述它們的理論陳述將保持真實。然而,在宏觀層面上,通常似乎並非如此:有一個明顯的時間(或流動)。

概述

時間的對稱性( t與對稱性)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似乎是現實的,無論是向前還是向後播放。例如,重力是一種時間可逆力。被扔掉,放慢腳步的球,而跌倒是錄音看起來同樣現實的前鋒和向後的情況。該系統是t-smoretical。但是,球彈跳並最終停止的過程不是時間可變的。在進行前進時,動能會消失並增加。熵可能是少數不可轉移的過程之一。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”。

物理學家肖恩·M ·卡羅爾(Sean M.對於這個巨大的身體,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,但是在大爆炸(即在此之後的前幾萬億年中),“前進”和“向後”的及時有明顯的區別,由於與這個特殊事件的相對接近,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是不對稱的。但是,它們確實服從了包括兩者都包括在內的更複雜的對稱性

愛丁頓的概念

愛丁頓在1928年的《物理世界的本質》一書中說:

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。這是物理已知的唯一區別。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時間的屬性,該屬性在太空中沒有類似物。

然後,愛丁頓給出了有關此箭頭的三個要點:

  1. 它被意識生動地認可。
  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。 (換句話說,僅在熵中觀察到這是由系統引起的統計力學現象。)

箭頭

時間的心理/感知箭

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,但不記得未來)和意志(我們覺得我們可以影響未來,而不是過去)。這兩個方面是時間因果關係的結果: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(請參閱相關性和相關性和箭頭時間);我們目前的意志和行動是未來事件的原因。這是因為在適當的定義下,熵的增加被認為與系統及其周圍環境之間以及整體複雜性之間的相關性增加有關;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有關。英語以及其他語言傾向於將過去與“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“即將到來”。但是,在文化上確定了這種“背後”和“前後”和“未來”的關聯。例如,在術語和手勢方面, Aymara語言“前進”和“後面”和“後面的未來”,與過去觀察到的過去以及未來沒有觀察到的對應。同樣,“下一天”後天(“hòutiān”)的中文術語字面意思是“(或落後)一天”,而“前一天”前天(“qiántiān”)實際上是在“前面”(或在前面一天” ,中國說話的人在過去和未來的前面自發姿態,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。沒有語言將過去和未來放在左右軸上(例如,英語中沒有表達 *,例如*會議移動到左邊),儘管至少說英語的人將過去與左派和正確的未來。

“昨天”和“明天”一詞都轉化為印地語中的同一單詞:कल(“ kal”),意思是“從今天開始的遙遠”。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”。

तसों(“ Tarson”)用於“從今天開始三天”,並且使用了“從今天開始四天”。

時間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。

- Omar Khayyam (愛德華·菲茨杰拉德( Edward Fitzgerald )的翻譯)。

2022年6月,研究人員在物理審查的信中報告說,薩拉曼德人以對時間的看法如何看待不同的刺激表現出對時間箭頭的反直覺反應。

熱力學時間

時間的箭頭是時間的“單向方向”或“不對稱”。熱力學的熱力學箭頭由第二種熱力學定律提供,該定律說在孤立的系統中,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:隨著系統的前進,它變得越來越統計學上。儘管測量熵不能準確測量時間,但這種不對稱性可用於區分未來和過去。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(Alfred Brian Pippard)寫道:“因此,這種觀點沒有理由,通常是易於重複的,即熱力學的第二定律在統計上是正確的,從某種意義上說,微小違規行為反復發生,但絕不違反任何嚴重的範圍。相反,從未有任何證據表明在任何情況下,第二定律都會崩潰。”但是,關於違反第二種熱力學定律的悖論有許多悖論,其中之一是由於龐加萊復發定理

這種時間的箭頭似乎與所有其他時間的箭頭有關,可以說是其中一些箭頭的基礎,除了時間較弱的箭頭

哈羅德·布魯姆(Harold Blum)的1951年書《時代的箭》和《進化論》討論了“時代箭(Time Arrow)(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,負拷貝進化的不可逆性和方向”。布魯姆認為,進化遵循的特定模式由地球的無機性質及其熱力學過程預先確定。

宇宙學

時間的宇宙箭頭指向宇宙擴展的方向。它可能與熱力學箭頭有關,隨著熱力學自由能的數量可忽略不計,宇宙朝著熱死亡(大冷)朝著熱死亡(大寒意)邁進。另外,它可能是我們在宇宙進化中的位置的工件(請參閱擬人的偏見),隨著重力將所有東西拉回大脆性,這把箭會逆轉。

如果這段時間與其他時間的箭頭有關,那麼未來就定義了宇宙變得更大的方向。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早期宇宙初始條件的結果。因此,它們最終是由宇宙學設置造成的。

輻射箭頭

無線電波聲波再到池塘上的波浪,從它們的源頭向外擴張,即使波動方程可容納收斂波和輻射範圍的溶液。該箭頭已經在創建收斂波的經過精心工作的實驗中逆轉,因此該箭頭可能是從該條件下的熱力學箭頭遵循的,以產生收斂波需要比輻射波的條件更多的順序。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,從而使後者與通常情況下熱力學的第二定律相矛盾。

因果關係

原因是其影響之前:因果事件發生在事件發生或影響之前。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。

將因果關係用作時間箭頭的認識論問題是,正如戴維·休姆(David Hume)所堅持的那樣,因果關係本身就無法感知。只有一個人會感知事件的序列。此外,出乎意料的是,很難清楚地解釋術語因果關係的真正含義,或者定義他們所引用的事件。但是,似乎很明顯,掉落一杯水是原因,而隨後杯子破碎和灑水是效果。

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同。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,只有隨著時間的推移而不是向後移動,才能創建相關性。控制未來或導致某些事情發生的事情會在行動者與效果之間產生相關性,因此因果關係與熱力學箭頭之間的關係是時間動力學第二定律的結果。確實,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 - 杯子的碎片以及溢流的水,以及導致杯子掉落的物體。

量子箭頭

量子進化受時間對稱的運動方程(例如非偏見近似中的schrödinger方程),而波函數崩潰(是一個時間 - 時空的過程),並且是真實的(通過哥本哈根的解釋是真實的)量子力學)或僅明顯(通過許多世界的解釋關係量子力學解釋)。

量子反應理論解釋了為什麼由於熱力學的第二定律,波函數崩潰是為何以時間平時的方式發生的,從而從熱力學箭頭的時間源於時間的量子箭頭。本質上,遵循兩個較大系統之間的任何粒子散射或相互作用,兩個系統的相對階段首先是有序相關的,但是隨後的相互作用(與其他粒子或系統)使它們變得較少,因此兩個系統變得折斷。因此,變形是微小疾病增加的一種形式 - 簡而言之,腐爛會增加熵。兩個變形系統無法再通過量子疊加來相互作用,除非它們再次變得連貫,這通常是由於熱力學的第二定律是不可能的。用關係量子力學的語言,觀察者與測得的狀態糾纏在一起,在該狀態下,這種糾纏增加了熵。正如塞思·勞埃德( Seth Lloyd)所說,“時間的箭頭是增加相關性的箭頭”。

但是,在特殊情況下,人們可以準備最初的條件,從而導致變質和熵的降低。這是在2019年實驗表明的,當時一組俄羅斯科學家在IBM量子計算機上報告了量子箭頭的逆轉,這是在一項實驗中,支持對熱力學量的時間量子箭頭的理解。通過觀察由兩個及以後的三個超導量子台製成的量子計算機的狀態,他們發現在85%的情況下,兩數克計算機返回了初始狀態。該州的逆轉是由一個特殊程序進行的,類似於電子的隨機微波背景波動。但是,根據估計,在整個宇宙的年齡(137億年)中,這種電子狀態的逆轉只會發生一次,即0.06納秒。科學家的實驗導致了一種量子算法的可能性,該算法通過國家的複雜結合來逆轉給定的量子狀態

請注意,量子脫位僅允許量子波塌陷的過程。崩潰本身是實際發生的還是僅是多餘的且僅顯而易見的是爭議的問題。但是,由於現在廣泛接受了量子分解理論並已在實驗中得到支持,因此不再將這一爭議視為與時間問題的箭頭有關。

粒子物理(弱)時間的箭頭

涉及弱核力量的某些亞原子相互作用違反了平等指控共軛的保護,但很少。一個例子是kaon腐爛。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。此類過程應負責早期宇宙中的物質創造

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在一個方向上“勉強”指向,將其與其他方向更為明顯的其他箭頭區分開來。直到瓊·瓦卡羅(Joan Vaccaro)的工作表明違規行為可能是保護法律和動態的原因,該箭頭才與任何大規模的時間行為聯繫起來。

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