描述开放量子系统中的“时间之箭”

叙述和动画由Kater Murch,副教授在艺术&科学。

即使在开放量子系统的奇异世界里,时间之箭在大多数情况下也会稳步向前推进
2。在圣路易斯华盛顿大学进行的新实验比较了称为量子位元的超导电路的正向和反向运动轨迹,发现它们遵循热力学第二定律。这项研究发表在7月9日的《物理评论快报》上。

默奇

“当你观察一个量子系统时,测量的行为通常会改变它的行为方式,””艺术与物理学副教授卡特·默奇说科学。设想把光照射在一个小粒子上。光子最终会把它推来推去,光在测量过程中就有一个动态过程。

“我们想知道这些动态是否与时间之箭有关——熵随着时间的推移而增加

在上面的视频中,默奇问道:“当你倒着播放量子电影时,它们看起来有趣吗?”他和他的团队,包括物理学研究生、论文第一作者帕特里克·哈灵顿,把这个问题带到实验室——他们的工作是量子传感器新中心的一部分。

“我们观察了量子系统在测量过程中运动的微观影像,并询问这些影像在向前或向后播放时,看起来更像是在播放;这种比较可以用来确定熵是否增加,”默奇说。“我们发现,即使在微观尺度上,第二定律似乎也成立:熵普遍增加。

他说:“这种增长是因为我们看到了它——制作这部电影的过程似乎创造了时间之箭。”

默奇的研究小组专注于理解和控制开放量子系统。虽然日常物体遵循经典力学定律,但光或物质的单个粒子却遵循量子物理定律。但是这些粒子不容易被分离出来,一旦它们与外界相互作用,它们就失去了量子特性。

默奇是2018年科特雷尔学者奖和国家科学基金会终身成就奖的获得者。本视频和出版物中展示的新研究工作部分由他2015年的Alfred P. Sloan研究奖学金资助。

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://source.wustl.edu/2019/07/characterizing-the-arrow-of-time-in-open-quantum-systems/

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