来自维也纳布里斯托尔大学、巴利阿里群岛大学和量子光学与量子信息研究所（IQOQI Vienna）的一个联合物理学家团队，展示了量子系统如何同时沿着两个相反的时间箭头向前和向后演化。
这项发表在最新一期《通信物理学》（Communications Physics）上的研究指出，我们需要重新思考在量子定律发挥关键作用的情况下，如何理解和表现时间流。
几个世纪以来，哲学家和物理学家一直在思考时间的存在。在古典物理学世界中，我们的经验似乎消除了任何对时间的存在和变化的怀疑。事实上，在自然界中，所有的事物往往会自发地从无序程度较低的状态，演化到无序程度较高的状态，这种倾向可以用来识别时间之箭。在物理学中，这是用“熵增”来描述的，熵是定义系统无序程度的物理量。
熵增是什么？一个收拾好的房间，随着时间的推移，只会变得越来越乱，或越来越旧，如果不依靠外力，不可能自发地回到刚开始整洁的状态；树叶只会从树枝上落下来，不可能自发地回到原来的位置……世间万物都可以看成一个封闭的系统，它总会从有序的状态向无序的状态演变，而这就是熵增。
时间的流逝，就可以用熵增来识别，换句话说，如果时间逆转了，不需要施加外力，也会出现自发的熵减，树叶会自己回到树上，房间会自己由乱变整洁。但这种事情在现实世界从来没发生过，所以我们可以说时间是不会逆流的。但是，在量子领域，就不一定了。
来自布里斯托大学量子工程技术实验室（QET实验室）的朱利亚·鲁比诺博士（Giulia Rubino）说：“如果一个现象产生了大量的熵，那么观察它的时间反转是不可能的。然而，当熵足够小时，观察一个现象的时间反转自然发生的概率是不可忽略的。”
“例如，如果我们看到牙膏从牙刷自发地回到牙膏管里，我们会认为时间发生逆流了。但是，如果我们轻轻挤压牙膏管，使牙膏只露出一小部分，如果它自发地回到牙膏管里，我们就无法断定是时间发生了逆流（假设会发生），还是被大气压挤回牙膏管里的。”
也就是说，牙膏回到牙膏管里，有两种时间状态，一种是时间逆流，一种是时间顺流（被气压挤回去）。当然这在现实世界中，只有后者会发生，但是在量子领域（当然量子领域没有牙膏，举牙膏的例子只是一个形象的类比），两者之一，或两者都有可能发生。
研究人员把这个想法应用到量子领域，其中一个特性是量子叠加原理，根据这个理论，如果一个量子系统的两种状态都是可能的，那么这个系统也可以同时处于两种状态。将这一原理扩展到时间箭头，结果是量子系统在一个或另一个时间方向上演化，也可以在两个时间方向上同时演化。
鲁比诺博士说：“尽管这一观点在应用于我们的日常经验时显得相当荒谬，但在最基本的层面上，宇宙定律是基于量子力学原理的。这就引出了一个问题：为什么我们在自然界中从未遇到过这些时间流的叠加。”
来自巴利阿里群岛大学的合著者冈萨洛·曼扎诺博士（Gonzalo Manzano）说：“在我们的工作中，我们量化了一个系统在量子叠加过程中产生的熵，该过程具有相反的时间箭头。我们发现这通常会导致将系统投射到一个定义明确的时间方向上，对应于两个过程中最可能的过程。然而，当涉及到少量的熵时，那么人们就可以从物理上观察到系统同时沿向前和向后的时间方向演化的后果。”
这项工作在量子热力学方面也具有实际意义。将量子系统置于交替时间箭头的叠加中，可以在热机和冰箱的性能方面提供优势。
鲁比诺博士说：“虽然时间通常被视为一个不断增加的参数，但我们的研究表明，在量子力学环境中，控制时间流动的规律要复杂得多。我们需要重新思考在量子定律发挥关键作用的所有情况下，表示时间这个参数的方式。”
