科技日報北京10月23日電 （記者張佳欣）幾十年來，物理學家使用標準波動方程描述光與物質的相互作用。然而，芬蘭坦佩雷大學和東芬蘭大學的研究團隊挑戰了傳統認知，並推導出了一種適用於加速波的新型波動方程。他們發現，新方程提供了一個明確的時間方向，即“時間之箭”，它與加速波的行爲密切相關。相關研究發表在最新一期《光學》雜誌上。
單向流動性是時間的一個最明顯特徵。爲什麼可以看到生物體衰老而無法看到它們變年輕？事實上，這一問題與物理學上存在一個重大謎團即“時間之箭”相關，它表明時間的流逝朝向一個方向。
傳統上，“時間之箭”可以用熱力學第二定律來解釋。在熱力學中，增加的熵表示時間的向前流動。如果時間流逆轉，那麼熵就會開始減少，直到系統達到最低熵狀態，然後熵將再次自由增加。然而，熵是宏觀量，它明確定義了大型系統的時間方向，但無法確定個別微觀粒子的時間方向。這就是宏觀和微觀“時間之箭”的區別。
新研究表明，加速波動方程獨立地創造了一支“時間之箭”，也就是說，就加速波而言，存在明確的時間方向。這是因爲加速波動方程只允許時間向前流動的解，而不允許時間向後流動的解。
由於加速波動方程可以通過幾何推導，因此它是通用的，可以解釋世界上所有的波動行爲。這反過來意味着時間的固定方向也是自然的一個相當普遍的屬性。因此，這項研究爲“爲什麼單個粒子具有固定的時間方向”提供了新見解。
這一理論上的突破挑戰了人們對宇宙的基本理解，併爲令人興奮的未來研究鋪平了道路。從日常的光學現象到廣義相對論的實驗室測試，它都有着深遠的影響，其不僅爲波和時間之間的關係提供了新的見解，也讓人們得以瞭解“爲什麼時間有方向”。
