《时间的皱纹》会计问题 - 《华尔街日报》

插图：托马斯·瓦伦塔诺贝尔物理学奖得主弗兰克·维尔切克探索宇宙奥秘。阅读往期专栏请点击此处。

自17世纪末现代物理学初具雏形以来，人类对自然基本运行机制的理解经历了多次重大拓展与革新。理论体系变得无比精细而强大——我们引入了电磁场、时空弯曲和量子革命。在所有这些发展与动荡中，物理定律始终保留着一个简单而奇异美妙、却又神秘且看似多余的特征，即时间反演对称性（简称T对称性）。该原理指出：若将物理世界的事件拍摄成影片倒放，所见现象仍遵循相同的基本规律。

牛顿运动定律与万有引力理论、麦克斯韦电磁方程组、爱因斯坦相对论以及实现量子理论的薛定谔方程与狄拉克方程，皆遵循这一原则。科学家在物理世界中观测到的所有现象亦是如此——直到1964年。那年，詹姆斯·克罗宁、瓦伦丁·菲奇与长岛布鲁克海文国家实验室的合作者们发现，被称为K介子的极不稳定粒子在时间倒流的影片中会呈现些许不同的行为特征。

理查德·费曼此前撰写的经典《物理学讲义》惊人地预见了这一发现。他引用奈良一处常被誉为日本至美的寺门为例：“精妙的对称雕饰中，唯有一处元素被刻意倒置。传说这是为了防止神明嫉妒人类的完美。“费曼写道，“我们不妨转换视角：自然界近似对称的真正原因或许是——上帝将定律设计得近乎对称，正是为了不让人类心生妒忌。”

或许存在一个更为传统的解释。1973年，日本物理学家小林诚和益川敏英证明，对于大多数物理过程而言，时间反演对称性必然源自另外三个更基础的原则——相对论、量子力学以及作为宇宙四种基本力理论核心的高度对称性。小林-益川理论也解释了为何在克罗宁和菲奇研究的这类过程中会违反T对称性。但该理论尚不完善；实际上T对称性在更多情况下比小林和益川描述的适用范围更广。

这个科学传奇可能正迎来辉煌的终章。1977年，美国物理学家罗伯托·佩切伊和海伦·奎因证明，在方程中引入更多对称性可以彻底解释T对称性的适用边界。史蒂文·温伯格与我各自独立发现，实现这一设想需要引入一种全新粒子。我将这种理论粒子命名为"轴子”(axion)——取自洗衣粉品牌，因为它能"洗净"一个棘手难题。后续研究显示，大爆炸产生的轴子恰好能解释另一个未解之谜：它们可能就是所谓的"暗物质”，目前人类仅能通过其对普通（可见）物质的引力作用来推断其存在。

理论上轴子极难探测，但全球实验物理学家正在设计建造可能胜任这一任务的仪器设备。若获成功，对T对称性例外的终极解释将不同于费曼的玩笑，而更契合爱因斯坦的名言：“上帝是微妙的，但他并无恶意！”

出现在2022年11月19日的印刷版中，标题为《为时间褶皱记账》。