【大纪元9月8日讯】(大纪元记者林秀璟编译报导)你真正认识时间吗？时间无情地逝去、流水不断地往低处走、山峦不停地被侵蚀，以及人生生老病死，一切总是有规律的遵循着“成住坏灭”的原则。一般人对时间的概念多停留在过去、现在与未来的差异；韶光荏苒，个中道理就无法深入理解。别担心，即使是科学家也无法对时间的定义说清楚。
由美国物理学会所编辑出版的《物理评论快报》(Physical Review Letters)，于8月29日101期的期刊发表了一篇由加州大学柏克莱分校科学家Edward Feng与劳伦斯柏克莱国家实验室科学家Gavin Crooks的学术论文，名为“时间之箭的长度”(Length of Time’s Arrow)。
据physorg.com网站消息，作者在论文中描述：“几乎所有基础的物理理论–古典力学、电动力学、量子力学与广义相对论等等，均与时间反转(time reversal)相对称。”唯一可以辨认时间偏好方向的基础理论便是热力学第二定律(second law of thermodynamics)。热力学第二定律指出当时间迈入未来，宇宙之熵(entropy of the Universe)也会跟着增加。这个解释提供了一种定向，或是时间之箭以及一般相信所有其他的“时间不对称”(time asymmetry)，都是热力学箭头的直接结果，就象我们感觉到未来与过去的差异一般。
研究中作者发现了精确测量“时间不对称”的方法。所谓的“时间不对称”是指我们对时间的直觉反应–过去与未来的差异，它与“时间对称”的概念相反，在“时间对称”中过去与未来并不存有任何的差异。
科学家在各种实验里研究能耗(energy dissipation)或熵的增加。在宏观世界里，当一杯牛奶溢出时，“时间不对称”相当明显；但透过微观的观察，由于牵涉的能量相当有限，所以要断定熵增加或者时间是向前移而非向后返就不容易。实际上，在某些间隔期，熵或许真的减少了。所以，即使熵在整体上平均值增加了、与热力学第二定律也相吻合，但是在实验中并非每时每刻的时间方向都那么显着。而且，科学家也发现即使平均熵增加了，并不保证“时间不对称”，但是平均熵增加却可以在“时间对称”的情境下出现。
Feng和Crooks希望他们新的量测方法可以解释当熵减少了，时间是如何向前推进。为了达到这个目的，他们分析附着在二个微小珠子间、单一RNA分子的折叠与展开。科学家利用控制一个小珠子与相连的光学雷射陷阱(optical laser trap)距离，来伸展与压缩这个RNA分子。最初RNA始于热平衡(thermal equilibrium)，但是当它轮流伸展和收缩后，RNA与周围洗涤液(surrounding bath)的总熵平均值却增加了。
此研究使用整体的、或大量RNA轨道来测量“时间不对称”，以工作测量(work measurement)来做前进与后退实验，在这些测量中，科学家只插入一个A式子（或“时间不对称”）。研究假设已知自由能变化(free energy change)，这将得到时间之箭长度的平方。
为了测量“时间不对称”，一位观察伸展与压缩RNA轨道的研究员应能分辨轨道是否因伸展与压缩而产生。科学家使用Jensen-Shannon divergence，将观察的发现量化。如果伸展与压缩完全相同，分数是0；如果它们随时都是可区别的，分数是1；假若情况有时重叠，则会得到介于0到1之间的分数。
Feng与Crooks解释这种概率比起平均熵的简易测量，更能精确描绘“时间不对称”，因为平均熵对于不寻常结果很敏感。例如，假如RNA混乱，当小珠张开时它就会抗拒伸展。因为混乱的RNA会以非常缓慢的方式张开，这种过程基本上是“时间对称”。科学家证实，这种过程的模式有较大的平均耗损或熵增加，但有较小的“时间不对称”，如同一个人的直觉是由于缓慢的拉扯。
由于Jensen-Shannon divergence的数学形式，让它比平均耗损更佳。除了理论上的突破之外，此研究也提供了诸如在非平衡实验中估计自由能差距的应用。研究指出，了解“时间不对称”与熵之间的关系，对于研究分子马达以及其他生物机械也很重要。
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