”时间之箭“的起源之谜一直是科学中一个基本大问题。在统计物理学的框架内，这个问题与热力学第二定律密不可分。根据热力学第二定律，时间箭头只有一个方向——从过去到未来。这就提出了一个问题，即是否有可能发展出绕开时间不可逆性的方法？如果有可能，是否可以实际执行这些方法？

最近，莫斯科物理技术学院（MIPT）的研究人员与其合作者在《科学报告》发表的论文中宣称，他们在实验中将量子计算机的状态倒流回几分之一秒前；同时，他们还计算了在空无的星际空间中，电子自发回到它最近的过去的概率。论文的第一作者Gordey Lesovik表示，在这篇论文中“我们人为地创造了一种状态，它朝着与热力学时间箭头相反的方向演化。“

1. 热力学第二定律

是什么让过去有别于未来？其实对于大多数物理学定律而言，未来和过去并没有什么分别。比如说，让两个相同的桌球相互碰撞并来回反弹，然后用摄像机记录下这个事件，接着将录像倒过来播放，我们是无法看出录像被修改过的。原本的过程与倒转后的过程看起来都是合理的，描述它们的方程也是相同的。桌球似乎违反了我们对于时间的直觉感知。

然而，如果用白球撞击一些被码放成三角形的球，这些球会向各个方向散开。这时，我们可以轻易地区分真实场景和反向回放的场景。的确，在现实世界里，一件事情随时间向前推移的发展与时间倒转时是不同的，这种不同体现在许多方面，比如熵会增加。热力学第二定律的告诉我们：一个孤立的系统要么保持静止，要么朝着混沌而非有序的状态演化。

大多数物理学定律并不会阻止滚动的台球重新聚集成规则的三角形，也不会阻止喷发的火山熔岩重新流回地球内部。但我们从来没有看到这些事情发生，因为这是要让一个孤立的系统在没有任何外部干预的情况下演化成一个更有序的状态，这就违反了热力学第二定律。这个定律的性质还没有得到充分的解释，但研究人员在理解其背后的基本原理方面已经取得了很大进展。

2. 自发的“时间逆转”？

时间有可能自发地“逆转”吗？MIPT的研究人员决定检验一下，单个粒子是否有可能在不到一秒的短暂时间内自发地逆转。他们的研究对象是空荡荡的星际空间中的一个孤立电子。

这项研究的共同作者Andrey Lebedev说：“假设在我们开始观察电子时，它是局域的，也就是说，我们对电子在空间中的位置很确定。虽然量子力学定律使我们无法绝对精确地知道电子的位置，但我们可以大概勾勒出电子所在的一块小区域。”

他们用薛定谔方程描述电子状态的演化。虽然薛定谔方程并不区分过去和未来，但包含电子的空间区域会很快地扩展开来。也就是说，系统会变得更加混乱，电子位置的不确定性会不断增加。这就像是热力学第二定律下的宏观系统（如桌球）的无序程度会增加一样。

论文的另一位作者是来自美国阿贡国家实验室的Valerii Vinokur，他说：“薛定谔方程是可逆的。从数学上讲，这意味着在复共轭变换下，这个方程可以描述一个‘模糊’的电子，能够在相同的时间内返回到那一小块空间区域，重新局域化。”虽然我们没有在自然界中观察到这种现象，但由于在宇宙中弥漫着微波背景的随机涨落，因此理论上这是有可能发生的。

研究小组开始计算，能观测到一个电子在不到一秒的时间内扩展开来（变模糊）后，再自发定位（返回到不久前所在的区域）的可能性是多少。结果表明，即使花上整个宇宙的寿命（138亿年）来观察100亿个被重新定位的电子，这种电子状态的反向演化也只会发生一次。即使那样，电子也只能回到不超过百亿分之一秒的过去。

台球、火山等宏观现象显然要在更大的时间尺度内展开，并且它们包含着数量惊人的电子和其他粒子。因此，我们从来不会看到老人重焕青春，或者墨迹从纸上消失。