“科学家让量子时间倒流”是2026年转发最多的物理新闻标题之一[1]。洛斯阿拉莫斯国家实验室物理学家的真实研究既微妙又真正有趣：它讨论的是时间之箭——它为什么存在，以及测量一个量子系统如何能让它弯曲。本文会仔细讲解，因为标题和物理并不完全是一回事。
时间为什么会有方向？
GCSE核心
拍下一个台球撞到台边反弹的过程，然后倒放：看起来仍然可能发生。基本运动定律在两个方向上同样成立。但拍下一个鸡蛋摔碎再倒放，每个人都知道那是倒着的。区别在于熵，粗略地说，它衡量一个系统中的能量和粒子可以有多少种排列方式。热力学第二定律说，孤立系统的总熵不会减少：鸡蛋会碎，热量从热处流向冷处，香水会在房间里扩散。这种单向的趋势，物理学家称之为时间之箭。
测量也给量子系统带来时间之箭
A-Level拓展
在量子物理中，测量一个系统并不是被动的：它会扰动系统（称为测量反作用）。反复测量会把量子系统推上一条随机路径，而这些路径也有一个可用熵产生来描述的自然方向。洛斯阿拉莫斯团队提出了一个问题：如果连续测量并立即作出响应，能否控制这个方向？
思路概要：测量系统，把结果交给控制器，并立即施加量身定制的场或脉冲。根据策略不同，反馈可以抵消、放大或过度修正测量造成的扰动。示意图。
他们的答案是：理论上可以。借助精心设计的控制场（设计好的哈密顿量，即作用在系统上的一组选定的力）再加上反馈，他们证明可以引导被测量的系统沿着某些路径演化，这些路径的时间之箭被抑制、拉长、模糊甚至反转，使其看起来与时间倒流相符[1]。
“我们构建的工具可以操控所感知到的时间之箭，带来出人意料的、控制量子系统的新方法。”——洛斯阿拉莫斯的路易斯·佩德罗·加西亚-平托斯[1]
从测量中获取能量
团队还提出了一种“测量引擎”：直接从量子测量造成的扰动中提取有用能量的方法。用他们的话说，量子测量成为“一种可以被利用来做功的热力学资源”[1]。
学生常常混淆的区别
既不是时光机，也不是免费能源。
快速检测
关于洛斯阿拉莫斯的“时间反转”研究，哪种说法是正确的？
它可能有什么意义
- 量子计算：量子比特不断受到环境和测量的扰动。更好地引导、抵消或再利用这些扰动的方法，可能有助于控制它们。
- 量子热力学：弄清测量何时能成为做功的来源，有助于确定计算的真实能量代价。
- 基础物理：它让“时间之箭从何而来”这个问题变得更加尖锐。
考试式问题
用熵表述热力学第二定律，并用它解释为什么热量会自发地从热物体流向冷物体，而不会反过来。 [3分]
显示范例答案与得分点
- 孤立系统的总熵永不减少（在任何自发过程中都会增加） (1分)
- 热量从热物体流向冷物体时，冷物体获得的熵大于热物体失去的熵（ΔS = Q/T在T较低时更大），所以总熵增加 (1分)
- 热量从冷流向热会使总熵减少，因此不会自发发生（需要外界做功，如冰箱） (1分)
考官关注的重点: 准确表述定律，然后用ΔS = Q/T比较两个物体。
常见错误: 说任何物体的熵“总是增加”。不能减少的是孤立系统的总熵；冰箱内部的熵可以减少，因为向外界释放的熵更多。
热力学和量子测量是物理学中最常被误解的主题之一，也是最有收获的主题之一。想看另一个量子“空无”真正做功的例子，请读真空涨落如何增强超导体。
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参考资料与延伸阅读
- ScienceDaily: Scientists make quantum time flow backward in stunning physics breakthrough (Jul 2026) — 洛斯阿拉莫斯、《物理评论X》、引语、测量引擎、关于第二定律的说明
- Wikipedia: Maxwell's demon — 背景
- Wikipedia: Arrow of time — 背景
最后审校日期:2026年10月5日。以上数据为已公布的典型数值,规则可能会发生变化。考试用语因考试大纲而异,请以你所在考试局的规定为准。
常见问题
科学家真的让时间倒流了吗？
没有。洛斯阿拉莫斯国家实验室的物理学家设计了一些控制方法，让一个被测量的量子系统沿着某种路径演化，看起来它的“时间之箭”指向后方，或被拉长、被模糊。对实验室及其中的每个人来说，时间本身照常向前流逝。
这是一项实验吗？
这是一项理论研究，由路易斯·佩德罗·加西亚-平托斯与刘一凯、阿列克谢·戈尔什科夫于2026年发表在《物理评论X》上。作者计划用超导量子比特（某些量子计算机的基本单元）进行演示。
这违反热力学第二定律吗？
不违反。就像著名的“麦克斯韦妖”思想实验一样，熵在局部看起来可能减少，但研究人员指出，只要把测量和反馈在内的所有热力学代价都算进去，第二定律就没有被违反。
“测量引擎”是什么？
一种设想中的装置，它从量子测量本身造成的扰动中提取有用的能量，把测量当作一种热力学资源。
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关于作者
Sudershan Soni
Mostak Services 的创始人兼首席导师——拥有硕士学位的数学、科学、计算机科学与 STEM 导师,拥有超过20年的职业经验,通过在线授课为全球从 11+ 和 GCSE 到 A-Level 及更高阶段的学生提供教学。
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