對(duì)波遇到指數(shù)彎曲時(shí)空的藝術(shù)描繪圖。圖片來(lái)源：東芬蘭大學(xué)助理教授馬蒂亞斯·科伊烏羅娃

幾十年來(lái)，物理學(xué)家使用標(biāo)準(zhǔn)波動(dòng)方程描述光與物質(zhì)的相互作用。然而，芬蘭坦佩雷大學(xué)和東芬蘭大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)認(rèn)知，并推導(dǎo)出了一種適用于加速波的新型波動(dòng)方程。他們發(fā)現(xiàn)，新方程提供了一個(gè)明確的時(shí)間方向，即“時(shí)間之箭”，它與加速波的行為密切相關(guān)。相關(guān)研究發(fā)表在最新一期《光學(xué)》雜志上。

單向流動(dòng)性是時(shí)間的一個(gè)最明顯特征。為什么可以看到生物體衰老而無(wú)法看到它們變年輕？事實(shí)上，這一問(wèn)題與物理學(xué)上存在一個(gè)重大謎團(tuán)即“時(shí)間之箭”相關(guān)，它表明時(shí)間的流逝朝向一個(gè)方向。

傳統(tǒng)上，“時(shí)間之箭”可以用熱力學(xué)第二定律來(lái)解釋。在熱力學(xué)中，增加的熵表示時(shí)間的向前流動(dòng)。如果時(shí)間流逆轉(zhuǎn)，那么熵就會(huì)開(kāi)始減少，直到系統(tǒng)達(dá)到最低熵狀態(tài)，然后熵將再次自由增加。然而，熵是宏觀量，它明確定義了大型系統(tǒng)的時(shí)間方向，但無(wú)法確定個(gè)別微觀粒子的時(shí)間方向。這就是宏觀和微觀“時(shí)間之箭”的區(qū)別。

新研究表明，加速波動(dòng)方程獨(dú)立地創(chuàng)造了一支“時(shí)間之箭”，也就是說(shuō)，就加速波而言，存在明確的時(shí)間方向。這是因?yàn)榧铀俨▌?dòng)方程只允許時(shí)間向前流動(dòng)的解，而不允許時(shí)間向后流動(dòng)的解。

由于加速波動(dòng)方程可以通過(guò)幾何推導(dǎo)，因此它是通用的，可以解釋世界上所有的波動(dòng)行為。這反過(guò)來(lái)意味著時(shí)間的固定方向也是自然的一個(gè)相當(dāng)普遍的屬性。因此，這項(xiàng)研究為“為什么單個(gè)粒子具有固定的時(shí)間方向”提供了新見(jiàn)解。

這一理論上的突破挑戰(zhàn)了人們對(duì)宇宙的基本理解，并為令人興奮的未來(lái)研究鋪平了道路。從日常的光學(xué)現(xiàn)象到廣義相對(duì)論的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，它都有著深遠(yuǎn)的影響，其不僅為波和時(shí)間之間的關(guān)系提供了新的見(jiàn)解，也讓人們得以了解“為什么時(shí)間有方向”。