由布里斯托尔大学、维也纳大学、巴利阿里群岛大学和维也纳量子光学与量子信息研究所(IQOQI)的研究人员组成的一组物理学家团队，他们演示了量子系统如何同时朝两个相反的时间箭头(时间向前和时间向后)发展。该研究发表在最新一期的《通信物理学》上，这使我们需要重新思考在量子定律发挥关键作用的背景下如何理解和表示时间的流动。

几个世纪以来，哲学家和物理学家一直在思考时间的存在。然而，在经典世界中，我们的经验似乎消除了对时间存在和继续的任何怀疑。实际上，在自然界中，任何过程往往会自发地从无序程度较低的状态演变为无序程度较高的状态，这种倾向可用于识别时间之箭。在物理学中，这是用“熵”来描述的，它是用来定义系统中无序程度的物理量。

该出版物的主要作者、来自布里斯托尔大学量子工程技术实验室的Giulia Rubino博士说：“如果一个现象产生大量的熵，观察它的时间反转是不可能的，事实上也不可能的。但是，当产生的熵足够小时，看到一个现象的时间反转的概率是不可忽略的，这一现象会自然发生的。”

他接着说：“我们可以以早上要做的例行事项的顺序为例。如果我们看到我们的牙膏从牙刷流回到它的管子，毫无疑问这是对我们一天的倒放记录。然而，如果我们轻轻挤压管子，只挤出一小部分牙膏，就不太可能观察到它重新进入管子，被管子的减压吸入。”

该研究的作者在维也纳大学和维也纳量子光学与量子信息研究所Caslav Brukner教授的带领下，将这一想法应用到了量子领域。量子世界其特点之一是量子叠加原理，根据该原理，如果两种状态对于一个量子系统都是可能的，那么这个系统也可以同时处于两种状态。

Rubino博士说：“将这一原理扩展到时间之箭，结果是量子系统会在一个时间方向或另一个时间方向(牙膏流出或返回管中)演化，也可以发现自己同时沿两个时间方向演化。虽然这个想法在应用于我们的日常经验时似乎相当荒谬，但在最基本的层面上，宇宙定律是基于量子力学原理的。这就引出了一个问题，为什么我们从未遇到过这些时间叠加在一起自然流动。”

巴利阿里群岛大学的合著者Gonzalo Manzano博士说：“在我们的工作中，我们量化了一个系统产生的熵，该系统在具有相反时间之箭过程的量子叠加中演化。我们发现这通常会导致投影系统进入一个明确定义的时间方向，对应这两者中最可能的过程。然而，当只涉及少量熵时(例如当牙膏溢出很少，但人们可以看到它被重新吸收到管)，那么人们就可以从物理上观察系统同时沿向前和向后的时间方向上演化的结果。”

除了时间本身可能没有明确定义的基本特征外，这项工作在量子热力学中具有实际意义，将量子系统置于交替时间之箭的叠加中可以在热机和冰箱的性能方面提供优势。

Rubino博士说：“虽然时间通常被视为一个不断增加的参数，但我们的研究表明，在量子力学环境中控制其流动的规律要复杂得多。这可能表明我们需要重新思考在那些量子定律发挥关键作用的环境中用来总体上表示这个量的方式。”（编译:Qtech）