時間反演對稱
編輯時間反演對稱或時間反演對稱性是物理定律在時間反演變換下的理論對稱性,
T : t ? ? t 。 {\displaystyle T:t\mapsto -t.}
由于熱力學第二定律指出熵隨著時間流向未來而增加,一般來說,宏觀宇宙在時間反轉下并不表現出對稱性。 換句話說,時間被認為是非對稱的或不對稱的,除了特殊的平衡狀態,當熱力學第二定律預測時間對稱性成立時。 然而,預計即使在平衡狀態下,量子非侵入性測量也會違反時間對稱性,這與其經典對應物相反,盡管這尚未得到實驗證實。
時間不對稱通常是由以下三類之一引起的:
- 內在的動態物理定律(例如,對于弱力)
- 由于宇宙的初始條件(例如,熱力學第二定律)
- 由于測量(例如,用于非侵入性測量)
宏觀現象
編輯熱力學第二定律
日常經驗表明,時間反演對稱對于散裝材料的行為是不成立的。 在這些宏觀定律中,最值得注意的是熱力學第二定律。 許多其他現象,例如具有摩擦力的物體的相對運動,或流體的粘性運動,都歸結為這種現象,因為潛在的機制是可用能量(例如動能)耗散成熱量。
許多物理學家已經考慮過這種時間不對稱耗散是否真的不可避免的問題,通常是在麥克斯韋妖的背景下。? 它只讓慢分子進入一半,只讓快分子進入另一半。 通過最終使房間的一側比以前更冷而另一側更熱,這似乎降低了房間的熵,并逆轉了時間的箭頭。 對此進行了許多分析; 都表明,當房間和惡魔的熵合在一起時,這個總熵確實增加了。 對這個問題的現代分析已經考慮到克勞德·E·香農 (Claude E. Shannon) 的熵與信息之間的關系。 現代計算中許多有趣的結果都與這個問題密切相關——可逆計算、量子計算和計算的物理極限就是例子。 這些看似形而上學的問題在今天正以這些方式慢慢轉化為物理科學的假設。
目前的共識取決于玻爾茲曼-香農對相空間體積的對數與香農信息的負值的識別,并因此取決于熵。 在這個概念中,宏觀系統的固定初始狀態對應于相對較低的熵,因為身體分子的坐標受到約束。 隨著系統在存在耗散的情況下演化,分子坐標可以移動到更大體積的相空間,變得更加不確定,從而導致熵增加。
大爆炸
不可逆性的一個解決方案是說我們觀察到的熵不斷增加只是因為我們宇宙的初始狀態。 宇宙的其他可能狀態(例如,處于熱寂平衡的宇宙)實際上不會導致熵增加。 按照這種觀點,我們宇宙明顯的 T 不對稱性是宇宙學中的一個問題:為什么宇宙從低熵開始? 這種觀點得到了宇宙學觀測(例如宇宙微波背景的各向同性)的支持,將這個問題與宇宙的初始條件問題聯系起來。
黑洞
引力定律在經典力學中似乎是時間反演不變的; 但是,不需要特定的解決方案。
一個物體可以從外部穿過黑洞的事件視界,然后迅速落到我們對物理學的理解崩潰的中心區域。 由于在黑洞內,前向光錐指向中心而后向光錐指向外,因此甚至不可能以通常的方式定義時間反轉。 任何東西都可以逃離黑洞的xxx途徑就是霍金輻射。
黑洞的時間反轉將是一個被稱為白洞的假想物體。 從外面看,它們看起來很相似。 黑洞有起點而且無法逃脫,而白洞有終點無法進入。 白洞的前向光錐指向外; 其向后的光錐指向中心。
黑洞的事件視界可以被認為是一個以局部光速向外移動的表面,并且正好處于逃逸和回落之間的邊緣。 白洞的事件視界是一個以局部光速 a 向內移動的表面。
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