时间反演(T,time reversal)
/ tee (the letter T) /
把两颗台球相撞拍成影片,然后倒着放。倒放的片段——两球以相反的顺序聚拢、弹开——看上去仍然像一次完全普通、真实可能发生的碰撞。时间反演,用字母 T 表示,正是这件事:让一个过程在时间上倒着走,再问物理规律是否依然允许它。对于少数几个粒子的基本力学,答案是肯定的;微观规则并不在乎钟表朝哪个方向走。
更确切地说,T 把时间的方向反过来,这意味着一切运动都倒着进行:速度反向,自旋也反向。在 T 下的对称性意味着:对于任何被允许的过程,其严格时间反演后的过程也被允许,并遵从相同的规则。这一点很微妙,因为它与日常经验相冲突——一只摔碎的玻璃杯从不会自行复原,一滴墨水也从不会从水里重新解出。但那种时间单向流逝的感觉来自统计,来自混乱排列远远多于整齐排列,而非来自底层的粒子规律本身,后者几乎是时间对称的。
几乎对称——但并不完全。弱相互作用以极小的幅度破坏 T 对称性,这一点已被实验直接探测到:某些粒子转变正向发生的速率与反向略有不同。这件事意义重大,因为有 CPT 定理——一个深刻的结果,它说电荷共轭、宇称和时间反演三者合起来的组合,对任何合理的理论而言必定是严格的对称性。如果 T 被破坏,那么 CP(电荷加镜像)必须被破坏完全相同的量,才能保持 CPT 不变——这就把微观时间之箭直接同物质与反物质之间那点微小差异联系了起来。
对中性 K 介子和 B 介子的实验测出了微小的差别:一个粒子变成它的反粒子,与该过程在时间上倒着进行的逆过程,二者速率不同——这是对 T 破坏的直接观测,恰好与在同一系统里看到的 CP 破坏相互对应,正如 CPT 定理所要求的。
测得的 T 破坏与 CP 破坏相互对应,正如 CPT 定理所要求。
微观的 T 破坏是真实的,但极其微小,它并不是鸡蛋无法复原的原因:日常的时间之箭来自热力学和概率,而不是弱相互作用里这点微小的 T 失效。