時間之箭的方向：熱力學的熵與量子力學的糾纏

在前面的文章中，我們談論了物理學中的時間對稱性。例如，撞球碰撞的視頻無論向前或向後播看起來都是一樣的。這似乎與我們的日常經驗相悖，我們都知道時間永遠只朝前流逝。我們可以記住昨天而不是明天，如果把杯子打碎，無法使它回到完好無損的狀態。這種單向性質的事件被稱為時間之箭，而這多少還是個謎。

在經典牛頓物理學中，簡單粒子之間的相互作用是完全時間對稱的。時間的方向就是通過熱力學表現出來的。例如，如果有一屋子的空氣，空氣分子在其中彈跳，那麼所有的分子在某一時刻聚集在房間的一個角落裡是非常不可能的。在理論上有可能所有的空氣分子沿著正確的軌跡在大約在同一時間到達角落，但這是極度不可能的。另一方面，如果在角落裡有個空氣壓力容器，然後釋放出空氣分子，果斷事件後，分子將會在房間中均勻分布。如果把上述這兩個例子作為時間反演對，可以看到兩者都是可能的，但一個比另一個更有可能。

熱力學中的熵表示混亂度

我們可以利用熱力學中的「熵」（總的混亂度）以概率來表達這種差異。在房間中的氣體壓力、溫度和體積被稱為它的狀態。因為這些是由所有氣體分子的位置和速度所決定的，這被統稱為氣體的微觀狀態（所有微觀粒子的狀態）。

對於一種給定的氣體狀態，原子的移動和彈跳方式有很多種。只要所有原子的平均運動是相同的，那麼氣體的壓力、溫度和體積將會是相同的。這意味著對於一種給定的氣體狀態，有很多等價的微觀狀態。對於一種給定的氣體狀態有著越多的微觀狀態，那氣體的熵就越大，該氣體就越有可能出現這種狀態。所以，時間之箭可以表示為熵增的方向。這通常被表述為熱力學第二定律，即一個系統的熵永遠不會自發減少。

在量子理論中，時間之箭可以用其他方式來表述。在簡單的量子理論哥本哈根解釋中，量子對象是由一個波函數所定義的一種概率狀態，然後在觀察時坍縮成一種確切的狀態。這種波函數的坍縮是不可逆的，因此時間只有單一方向。

在很多方面，哥本哈根解釋太過於簡單化，但這個想法也適用於其他解釋。例如，量子系統隨著時間的推移會使自己變得更加糾纏。因此，時間之矢又可以表述為糾纏增加的方向。

當然，所有的這一切都沒有告知我們對時間之箭的最直接經驗，似乎在我們對時間的單向流逝有一種意識經驗。它是如此根深蒂固於我們的個人經驗之中，我們從直觀上就覺得事件發生在一個特定的「現在」，縱然相對論明確否定了一個宇宙當下時刻。為什麼我們對時間之箭會有這樣一種強大的經驗目前還不得而知。

但給予時間，我們也許會弄明白。

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