科學家首次發現「時光倒流」現象

在20年前的今天，1996年12月7日 (農曆十月廿七)，科學家首次發現「時光倒流」現象。

歐洲原子能研究中心

1996年12月7日，歐洲原子能研究中心的科研人員最近發現正負K介子在轉換過程中存在時間上的不對稱性。這一發現雖有助於完善宇宙大爆炸理論，但卻動搖了「基本物理定律應在時間上對稱」的觀點。

日常生活中，時光不可倒流。時間之箭永遠只有一個朝向。老人不能變年輕，打碎的花瓶無法復原，過去與未來界限分明。但在物理學家眼中，時間卻可以逆轉。比如說一對光子碰撞產生一個電子和一個正電子，而正負電子相遇則同樣產生一對光子，這個過程都符合基本物理學定律，在時間上是對稱的。如果用攝像機拍下兩個過程之一然後播放，觀看者將不能判斷錄像帶是在正向還是逆向播放。從這個意義上說，時間沒有了方向。

物理學上這種不辨過去與未來的特性被稱為時間對稱性。經典物理學定律都假定時間無方向，而且也確實在宏觀世界中通過了檢驗。但近幾十年來，物理學家一直在研究時間對稱性在微觀世界中是否同樣適用。歐洲原子能研究中心的一個小組經過長達三年的研究最近終於獲得了突破。他們的實驗觀測首次證明，至少在中性K介子衰變過程中，時間違背了對稱性。

由來自九個國家近百名研究人員組成的這一小組在實驗中研究了K介子反K介子相互轉換的過程。介子是一種質量比電子大，但比質子與中子小，自旋為整數，參與強相互作用的粒子，按內部量子數可分為π介子、ρ介子和K介子等。研究人員在實驗中發現，反K介子轉換為K介子的速率要比其時間逆轉過程、即K介子轉變為反K介子來得要快。這是物理學史上首次直接觀測到時間不對稱現象。

現代宇宙理論曾認為，宇宙大爆炸之初應該產生等量物質和反物質，但當今的宇宙卻主要為物質世界所主宰，這一現象一直讓人困惑。歐洲核子中心新實驗證明，反物質轉化為物質的速度要快於其相反過程，因此它為宇宙中物質量為何遠遠超過反物質量提供了部分答案。

另外，新成果對物理學基本對稱定律研究也有重要意義。物理學家們一直認為，除了基本物理定律不受時間方向性影響外，物體在空間物理反射的過程以及粒子與反粒子的變換過程也應遵循對稱性。時間、宇稱和電荷守恆定律被認為是支撐現代物理學的基礎之一。

本世紀50年代來，物理學家先後發現一些守恆定律有時並不完全滿足對稱性。美籍華人物理學家楊振寧和李政道曾提出弱相互作用中宇稱不守恆理論並經實驗證實，之後美國人詹姆斯-克羅寧和瓦爾-菲奇又發現K介子衰變過程違背宇稱和電荷聯合對稱法則，他們都因此而獲諾貝爾物理學獎。由於時間、宇稱和電荷作為一個整體被認為應該守恆，物理學家們曾猜想說，時間在特定情況下會違背對稱性。歐洲核子中心的成果首次證實了這一猜想。