“时刻之箭”射向何方？加速波揭示物理学重大咨询题
对波遇到指数弯曲时空的艺术描绘图。图片来源：东芬兰大学助理教授马蒂亚斯·科伊乌罗娃
科技日报记者 张佳欣
几十年来，物理学家使用标准波动方程描述光与物质的相互作用。但是，芬兰坦佩雷大学和东芬兰大学的研究团队挑战了传统认知，并推导出了一种适用于加速波的新型波动方程。他们发现，新方程提供了一个明确的时刻方向，即“时刻之箭”，它与加速波的行为密切相关。相关研究发表在最新一期《光学》杂志上。
单向流动性是时刻的一个最明显特征。什么原因能够看到生物体衰老而无法看到它们变年轻？其实，这一咨询题与物理学上存在一个重大谜团即“时刻之箭”相关，它表明时刻的流逝朝向一个方向。
传统上，“时刻之箭”能够用热力学第二定律来解释。在热力学中，增加的熵表示时刻的向前流动。假如时刻流逆转，那么熵就会开始减少，直到系统达到最低熵状态，然后熵将再次自由增加。但是，熵是宏观量，它明确定义了大型系统的时刻方向，但无法确定个别微观粒子的时刻方向。这算是宏观和微观“时刻之箭”的区别。
新研究表明，加速波动方程独立地制造了一支“时刻之箭”，也算是讲，就加速波而言，存在明确的时刻方向。这是因为加速波动方程只允许时刻向前流动的解，而不允许时刻向后流动的解。
由于加速波动方程能够经过几何推导，于是它是通用的，能够解释世界上所有的波动行为。这反过来意味着时刻的固定方向也是自然的一个相当普遍的属性。于是，这项研究为“什么原因单个粒子具有固定的时刻方向”提供了新见解。
这一理论上的突破挑战了人们对宇宙的基本理解，并为令人激动的将来研究铺平了道路。从日常的光学现象到广义相对论的实验室测试，它都有着深远的妨碍，其不仅为波和时刻之间的关系提供了新的见解，也让人们得以了解“什么原因时刻有方向”。
来源：中国科技网