科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)“時(shí)光倒流”現(xiàn)象

1996年12月7日 (農(nóng)歷十月廿七)，科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)“時(shí)光倒流”現(xiàn)象。

歐洲原子能研究中心

1996年12月7日，歐洲原子能研究中心的科研人員最近發(fā)現(xiàn)正負(fù)K介子在轉(zhuǎn)換過程中存在時(shí)間上的不對稱性。這一發(fā)現(xiàn)雖有助于完善宇宙大爆炸理論，但卻動(dòng)搖了“基本物理定律應(yīng)在時(shí)間上對稱”的觀點(diǎn)。

日常生活中，時(shí)光不可倒流。時(shí)間之箭永遠(yuǎn)只有一個(gè)朝向。老人不能變年輕，打碎的花瓶無法復(fù)原，過去與未來界限分明。但在物理學(xué)家眼中，時(shí)間卻可以逆轉(zhuǎn)。比如說一對光子碰撞產(chǎn)生一個(gè)電子和一個(gè)正電子，而正負(fù)電子相遇則同樣產(chǎn)生一對光子，這個(gè)過程都符合基本物理學(xué)定律，在時(shí)間上是對稱的。如果用攝像機(jī)拍下兩個(gè)過程之一然后播放，觀看者將不能判斷錄像帶是在正向還是逆向播放。從這個(gè)意義上說，時(shí)間沒有了方向。

物理學(xué)上這種不辨過去與未來的特性被稱為時(shí)間對稱性。經(jīng)典物理學(xué)定律都假定時(shí)間無方向，而且也確實(shí)在宏觀世界中通過了檢驗(yàn)。但近幾十年來，物理學(xué)家一直在研究時(shí)間對稱性在微觀世界中是否同樣適用。歐洲原子能研究中心的一個(gè)小組經(jīng)過長達(dá)三年的研究最近終于獲得了突破。他們的實(shí)驗(yàn)觀測首次證明，至少在中性K介子衰變過程中，時(shí)間違背了對稱性。

由來自九個(gè)國家近百名研究人員組成的這一小組在實(shí)驗(yàn)中研究了K介子反K介子相互轉(zhuǎn)換的過程。介子是一種質(zhì)量比電子大，但比質(zhì)子與中子小，自旋為整數(shù)，參與強(qiáng)相互作用的粒子，按內(nèi)部量子數(shù)可分為π介子、ρ介子和K介子等。研究人員在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，反K介子轉(zhuǎn)換為K介子的速率要比其時(shí)間逆轉(zhuǎn)過程、即K介子轉(zhuǎn)變?yōu)榉碖介子來得要快。這是物理學(xué)史上首次直接觀測到時(shí)間不對稱現(xiàn)象。

現(xiàn)代宇宙理論曾認(rèn)為，宇宙大爆炸之初應(yīng)該產(chǎn)生等量物質(zhì)和反物質(zhì)，但當(dāng)今的宇宙卻主要為物質(zhì)世界所主宰，這一現(xiàn)象一直讓人困惑。歐洲核子中心新實(shí)驗(yàn)證明，反物質(zhì)轉(zhuǎn)化為物質(zhì)的速度要快于其相反過程，因此它為宇宙中物質(zhì)量為何遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過反物質(zhì)量提供了部分答案。

另外，新成果對物理學(xué)基本對稱定律研究也有重要意義。物理學(xué)家們一直認(rèn)為，除了基本物理定律不受時(shí)間方向性影響外，物體在空間物理反射的過程以及粒子與反粒子的變換過程也應(yīng)遵循對稱性。時(shí)間、宇稱和電荷守恒定律被認(rèn)為是支撐現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)之一。

本世紀(jì)50年代來，物理學(xué)家先后發(fā)現(xiàn)一些守恒定律有時(shí)并不完全滿足對稱性。美籍華人物理學(xué)家楊振寧和李政道曾提出弱相互作用中宇稱不守恒理論并經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，之后美國人詹姆斯-克羅寧和瓦爾-菲奇又發(fā)現(xiàn)K介子衰變過程違背宇稱和電荷聯(lián)合對稱法則，他們都因此而獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。由于時(shí)間、宇稱和電荷作為一個(gè)整體被認(rèn)為應(yīng)該守恒，物理學(xué)家們曾猜想說，時(shí)間在特定情況下會(huì)違背對稱性。歐洲核子中心的成果首次證實(shí)了這一猜想。

評論：令人心潮澎湃的發(fā)現(xiàn)。