《Nature Physics》：时间是可逆的

在物理学意义上，时间被视为一个维度。它表示一种连续的过程，从过去流向未来，与空间共同构成了四维时空。因此，时间是标注事件发生瞬间及持续过程的基本物理量。与宏观物质世界关联的度量时间常用年、世纪、光年等，与微观世界关联常用微秒、皮秒、飞秒、阿秒等。按照经典物理学的观点，时间是一个绝对、连续的流动，独立于任何事件或物体的存在。

根据热力学第二定律，开尔文和克劳修斯的表述都直接指出，不存在摩擦生热和热传导的逆过程。也就是说这两个过程一旦发生，不论用怎样的方法，其后果都不可能被完全消除，也即不可逆的。理论中设想的可逆过程，比如无摩擦的准静态过程，是为了简化问题提出的理想情形。自然界中与热现象相关的实际过程都是不可逆的。更深入来说的话，热力学第二定律破坏了宇宙的时间反演对称性。尽管在一些具体问题里，时间反演对称性是存在的，但是整个宇宙来看是不存在的，也就是说时间不能倒流。

因此，从经典物理学的意义上来讲，时间是一个不可逆的物理学矢量。

但是近日，德国达姆斯塔特工业大学和丹麦罗斯基尔德大学的研究人员进行的一项新实验表明，在某些材料中，时间可能偶尔会发生错乱。他们研究了类似玻璃的物质老化的方式，发现了首个物质基础的时间可逆性的物理证据。这项研究发表在最近一期的物理学的权威期刊《Nature Physics》上，标题为“Time reversibility during the ageing of materials （材料老化过程中的时间可逆性）”

图1：Till Böhmer等人在《Nature Physics》发表的论文

大部分的物理定律对时间的箭头，也就是时间前进的方向，并不在意。翻转一个描述对象移动的方程，你就可以轻松计算出它的起点。我们说这类定律是可逆的。

尽管许多个别的定律对时间嗤之以鼻，但我们宇宙的命运整体上是由无法避免的混乱所主导的。在一个方向上，是新鲜的鸡蛋。在另一个方向上，是炒蛋。无论你计算得多精细，都无法再得到一个完整的鸡蛋。

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--封闭系统比过去更加无序的倾向，这是无法轻易倒转的。

图2: 样品被激光束照射（a），使用 sCMOS 相机检测 90° 散射光强度的散斑图案（b）。（ c）在每个散斑中观察到统计上独立的时间强度波动。获得时间自相关函数C(t, t Δt)作为多散斑平均值。（d）195 K 热平衡时 1P1P 的数据，其中 C(t, t Δt) 是固定的，即仅取决于 Δt。（e）在温度下降后的物理老化过程中，对于固定的 Δt，C(t, t Δt) 随 t 变化。演化从初始温度 195 K（左侧虚线）处的平衡时间自相关函数开始，并在退火温度 193 K（右侧虚线）处达到平衡。不同的颜色对应于对数轴上均匀分布的不同t。

确定一个物质系统是时间可逆的还是由熵所驱动的，这很难说。我们可以很容易地想象一辆老旧的汽车生锈、一座雕像风化或一个搁浅的船慢慢腐烂，但像玻璃这样的材料可以以与外部腐蚀力量无关的方式慢慢改变。

由于液体一样的颗粒混乱组成，包括各种聚合物和像玻璃这样的非晶体固体根据自身熵驱动的钟表放松到理论上的稳态。将其视为一种基于重力或加速度，而是稳定地重新配置各种分子热力学下落的特殊相对论。

物理学家将这种衰老的衡量称为物质时间。虽然这个概念自1970年代初就有了，但在所谓的Tool–Narayanaswamy形式主义中，从来没有被实验测量过。

这有充分的理由。玻璃以无法通过近距离观察捕捉到的方式慢慢老化。

图3：胶体玻璃前拉脱石的物理老化数据，线性聚合环氧树脂的化学老化数据和二元LJ体系的计算机模拟数据。（a-f）圆盘状合成锂皂石颗粒溶解在去离子水中，逐渐凝固成胶体玻璃的数据。（g-l）双酚 A 二缩水甘油醚与适当的连接分子混合后引发的线性聚合。（m–r）温度从 0.48 跳至 0.40 后二元 LJ 混合物势能波动的老化。这里温度和时间使用相应的无量纲 LJ 单位表示。每行显示应用于每个系统的相同分析。

"这是一个巨大的实验挑战，"达姆斯塔特工业大学的冷凝物理学博士研究生，也是本文的第一和通讯作者，Till Böhmer说。他们的研究团队巧妙地利用了一个高灵敏度的摄像机来记录分散的激光光束，当光束击中玻璃样品时，形成的干涉图样可以被统计解释为表达三种不同玻璃成质物质时间的波动。他们发现，而不是被锁定在通向平衡的道路上，他们发现了时间在分子层面上可逆的证据，随着颗粒推拉彼此进入新的排列，时间可变化。倒转整个过程，就无法判断电影是正向播放还是倒退播放。