【大紀元9月8日訊】(大紀元記者林秀璟編譯報導)你真正認識時間嗎？時間無情地逝去、流水不斷地往低處走、山巒不停地被侵蝕，以及人生生老病死，一切總是有規律的遵循著「成住壞滅」的原則。一般人對時間的概念多停留在過去、現在與未來的差異；韶光荏苒，箇中道理就無法深入理解。別擔心，即使是科學家也無法對時間的定義說清楚。
由美國物理學會所編輯出版的《物理評論快報》(Physical Review Letters)，於8月29日101期的期刊發表了一篇由加州大學柏克萊分校科學家Edward Feng與勞倫斯柏克萊國家實驗室科學家Gavin Crooks的學術論文，名為「時間之箭的長度」(Length of Time’s Arrow)。
據physorg.com網站消息，作者在論文中描述：「幾乎所有基礎的物理理論–古典力學、電動力學、量子力學與廣義相對論等等，均與時間反轉(time reversal)相對稱。」唯一可以辨認時間偏好方向的基礎理論便是熱力學第二定律(second law of thermodynamics)。熱力學第二定律指出當時間邁入未來，宇宙之熵(entropy of the Universe)也會跟著增加。這個解釋提供了一種定向，或是時間之箭以及一般相信所有其他的「時間不對稱」(time asymmetry)，都是熱力學箭頭的直接結果，就象我們感覺到未來與過去的差異一般。
研究中作者發現了精確測量「時間不對稱」的方法。所謂的「時間不對稱」是指我們對時間的直覺反應–過去與未來的差異，它與「時間對稱」的概念相反，在「時間對稱」中過去與未來並不存有任何的差異。
科學家在各種實驗裡研究能耗(energy dissipation)或熵的增加。在宏觀世界裡，當一杯牛奶溢出時，「時間不對稱」相當明顯；但透過微觀的觀察，由於牽涉的能量相當有限，所以要斷定熵增加或者時間是向前移而非向後返就不容易。實際上，在某些間隔期，熵或許真的減少了。所以，即使熵在整體上平均值增加了、與熱力學第二定律也相吻合，但是在實驗中並非每時每刻的時間方向都那麼顯著。而且，科學家也發現即使平均熵增加了，並不保證「時間不對稱」，但是平均熵增加卻可以在「時間對稱」的情境下出現。
Feng和Crooks希望他們新的量測方法可以解釋當熵減少了，時間是如何向前推進。為了達到這個目的，他們分析附著在二個微小珠子間、單一RNA分子的折疊與展開。科學家利用控制一個小珠子與相連的光學雷射陷阱(optical laser trap)距離，來伸展與壓縮這個RNA分子。最初RNA始於熱平衡(thermal equilibrium)，但是當它輪流伸展和收縮後，RNA與周圍洗滌液(surrounding bath)的總熵平均值卻增加了。
此研究使用整體的、或大量RNA軌道來測量「時間不對稱」，以工作測量(work measurement)來做前進與後退實驗，在這些測量中，科學家只插入一個A式子（或「時間不對稱」）。研究假設已知自由能變化(free energy change)，這將得到時間之箭長度的平方。
為了測量「時間不對稱」，一位觀察伸展與壓縮RNA軌道的研究員應能分辨軌道是否因伸展與壓縮而產生。科學家使用Jensen-Shannon divergence，將觀察的發現量化。如果伸展與壓縮完全相同，分數是0；如果它們隨時都是可區別的，分數是1；假若情況有時重疊，則會得到介於0到1之間的分數。
Feng與Crooks解釋這種機率比起平均熵的簡易測量，更能精確描繪「時間不對稱」，因為平均熵對於不尋常結果很敏感。例如，假如RNA混亂，當小珠張開時它就會抗拒伸展。因為混亂的RNA會以非常緩慢的方式張開，這種過程基本上是「時間對稱」。科學家證實，這種過程的模式有較大的平均耗損或熵增加，但有較小的「時間不對稱」，如同一個人的直覺是由於緩慢的拉扯。
由於Jensen-Shannon divergence的數學形式，讓它比平均耗損更佳。除了理論上的突破之外，此研究也提供了諸如在非平衡實驗中估計自由能差距的應用。研究指出，瞭解「時間不對稱」與熵之間的關係，對於研究分子馬達以及其他生物機械也很重要。
(http://www.dajiyuan.com)
