物理：相反的时间箭头？
编辑 CCLo 报导
据 Clarkson 大学的 Lawrence S. Schulman 在最近一期 Physical Review Letter 所提出的理论 (L. S. Schulman, Phys. Rev. Lett. 83, 5419 (1999))，在我们的宇宙中可能有些区域的时间方向与我们相反。
此处的时间相反与量子微扰 (quantum fluctuations)或黑洞的时空卷曲效应无关，而是指遵守一般物理定律的普通物质。一般的物理定律对于时间而言是对称的，也就是说将时间反过来依然符合物理定律。可是我们的世界却是只有一个唯一的时间方向，这个时间方向是由热力学第二定律所给出。依据热力学第二定律，巨观系统会朝着增加乱度与减少资讯的方向演化。像是地上碎掉的玻璃杯不会自动组合起来跳回桌上。这个趋势是统计上的，对于微观尺度则不适用。换句话说，玻璃杯是由无数原子组成的，而碎片组合起来跳回桌上是一个非常特殊的状态，与其他无数可能的状态比起来小到不可能发生。
这样的解释产生了两个问题：一、为什么时间箭头会朝向现在的这个方向，而不是反方向。二、为什么所有的物质的时间方向都是如此。第一个问题， Schulman 认为是因为热力学的时间方向是宇宙膨胀的单向性的结果。这个理论是康乃尔大学的 Thomas Gold 在几年前所提出的。第二个问题，则是 Schulman 在这篇论文中所讨论的。在 Schulman 的模型中，宇宙不是只有一个时间的边界条件（大霹雳），而是两个。第二个边界条件是宇宙收缩的终点“big cruch”。在这个模型中，两个时间的方向（如下图）可能会互相接触，而彼此都有自己的因果。但是任一个时间方向的世界观察另一个不同方向的世界则会发现对方越长越年轻，或是看到黑洞把已经吸收的物质吐出来还给伴星。 Schulman 认为这种时间相反的物质有所有的黑暗物质 (dark metter) 的特性，因此可以说是黑暗物质的候选人。
时间方向的示意图。左半边表示宇宙膨胀，右半边表示宇宙收缩。 图中白圆圈代表与我们时间同向的物质，黑圆圈则代表假设中的 反向时间的物质。图中左侧孤立的黑圆圈可能就是以黑暗物质的 形式出现在我们目前可见的宇宙中。 （图片来源 AIP Physics News Graphics ）
Schulman承认目前的观测数据排除了宇宙大收缩的可能，但是他也强调目前我们对于热力学的时间箭头所知甚少，也许反向的时间会由我们所不知道的原因而形成。
参考来源：
AIP Physics News Update, Number 462 (12/17/99)
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原文： L. S. Schulman,, Phys. Rev. Lett. 83, 5419 (1999) (in PDF format)
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