物理学家在玻璃中发现时间可逆的证据

知新了了 2024-01-31 15:40:34

时间无情的前进很可能不会等待任何人,但德国达姆施塔特工业大学和丹麦罗斯基勒大学的研究人员的一项新实验表明,在某些材料中,时间有时会发生混乱。

一项对玻璃等物质老化方式的调查,首次发现了基于材料的时间测量是可逆的物理证据。

在很大程度上,物理定律并不关心时间的箭头。翻转一个描述物体运动的方程,你可以很容易地计算出它的起点。我们把这种规律描述为时间可逆。

虽然许多个体法则对时间不屑一顾,但我们宇宙作为一个整体的命运是由不可避免的混乱所决定的。在一个方向上,是刚下的蛋。另一只是煎蛋卷。再多的算计也不会让你再次得到一个又好又圆的鸡蛋。

用科学术语来说,我们可能会说时间是热力学第二定律的一个特征 —— 孤立系统比过去更无序的趋势,而且不容易逆转。

是什么决定了一个物质系统是时间可逆的,还是由熵驱动的还很难说。我们可以很容易地想象一辆旧车的生锈,一座雕像的风化,或者一艘搁浅的船的持续腐烂,然而,像玻璃这样的材料可以以与外部腐蚀力无关的方式缓慢变化。

包括各种聚合物和无定形固体(如玻璃)在内的非晶体物质,由混乱的液体状粒子组成,根据它们自己的熵驱动时钟,放松到理论上稳定的状态。可以把它想象成一种狭义相对论,它不是基于重力或加速度,而是基于各种分子在热力学上的稳定重新配置。

物理学家将这种老化的测量方法描述为“物质时间”。虽然这个概念自20世纪70年代初就出现了,但它在所谓的 Tool-Narayanaswamy 形式主义中的解释从未被实验测量过。

这是有原因的。玻璃的老化过程是缓慢的,仅靠近距离观察是无法捕捉到的。

“这是一个巨大的实验挑战,”主要作者蒂尔·伯默(Till Böhmer)说,他是达姆施塔特工业大学的凝聚态物理学家。

该团队巧妙地使用了高灵敏度的摄像机来记录散射的激光,当激光击中玻璃样品时,形成干涉图案,从统计学上讲,这些干涉图案可以被解释为三种不同的玻璃形成物质内传递物质时间感的波动。

他们没有被锁定在通往平衡的道路上,而是发现了时间在分子水平上是可逆的证据,随着粒子相互推动和拉入新的排列而变化。回放整个过程,就无法判断电影是正向播放还是反向播放。

蒂尔·伯默说道:“然而,这并不意味着材料的老化可以逆转。”

作为一个整体,系统注定要进入一种由熵决定的状态。

然而,分子钟摆的微小摆动对这一过程没有贡献,它们来回滴答作响,似乎没有想到围绕着它们的时间潮流。

这项研究发表在《自然物理学》杂志上。

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