看起来SLAC的BaBar实验团队，觉得我的注意力被希格斯玻色子分散了，于是决定或许他们可以偷偷地向不知情的公众推广我一个耿耿于怀的问题，而不引起我的怒火。没那么快，BaBar的好伙计们！
他们确实是好伙计，而且他们完成了一项令人印象深刻的实验壮举：直接测量了粒子物理过程及其时间反演过程之间的不对称性，从而直接证明了时间反演操作“T”不是自然界的一个良好对称性。这是技术论文，SLAC新闻稿，以及APS提供的一篇半通俗的解释。（我可以链接到《物理评论快报》期刊服务器而不是arxiv，但前者需要付费，而后者是免费的，内容也一样，所以我为什么要那样做呢？[更新：PRL版本此处免费提供，但不能直接从PRL页面获取。]这项实验之所以令人印象深刻，是因为直接比较一个过程与其精确时间反演过程的速率非常困难。例如，你可以测量μ子衰变为电子、中微子和反中微子的寿命。但要将中微子和反中微子直接射向电子并测量它们全部转变为μ子的概率非常困难（实际上根本不切实际）。所以你想要观察的是振荡：一个粒子转变为另一个粒子，而这个粒子也可以再转化回来。这通常不会发生——电子不能转化为正电子，因为电荷守恒；它们也不能转化为带负电的π介子，因为能量和轻子数守恒等等。但是你可以通过某些夸克-反夸克对来实现这个技巧，比如中性K介子或中性B介子，其中粒子及其反粒子可以相互振荡。如果你能以某种方式区分粒子和反粒子，例如如果它们衰变为不同的粒子，原则上你可以测量每个方向的振荡速率。如果速率不同，我们就说我们测量到了T反演对称性破缺，或简称T破缺。正如我在《从永恒到此处》中所讨论的，这种现象以前也曾被测量到，例如1998年CERN的CPLEAR实验。他们使用了K介子和反K介子，并观察它们衰变为不同的子代粒子。如果BaBar新闻稿可信，关于那是否“真的”测量了T破缺存在一些争议。我不知道此事，但无论如何，进行完全独立的测量总是好的。所以BaBar研究了B介子。我不会深入细节（参见此处的解释），但他们能够精确地计时一种中性B介子与该操作的精确反向之间的振荡。（好吧，小细节：一种是CP的本征态，另一种是味的本征态。现在高兴了吗？）他们发现T确实被破坏了。这是一个很好的结果，尽管它绝对没有让任何人感到惊讶。有一个著名的结果叫做CPT定理，它指出，在任何普通的量子场论中（“普通”意味着“局域且洛伦兹不变”），时间反演T、宇称P和粒子/反粒子切换C的组合操作将始终是该理论的一个良好对称性。而且我们知道CP在自然界中是被破坏的；这为克罗宁和菲奇赢得了1980年的诺贝尔奖。所以T必须被破坏，以抵消CP被破坏的事实，并使CPT组合成为一个良好对称性。否则，宇宙就不按照普通的量子场论运行，那将确实是天大的新闻。一切都完美无缺，光荣至极。令人恼火的问题只出现在SLAC新闻稿的副标题中：“新的分析显示，时间量子之箭有偏好的方向。”这无疑是生动的语言而非精确的陈述，但这种生动的语言极具误导性。“时间之箭”这个短语，在它被常规使用（由那些常规使用这个短语的人）的意义上，指的是在我们的宏观经验现实中，过去与未来之间存在无数种差异。熵随时间增加；我们记住昨天而不是明天；冰块融化，不会在温暖的水杯中自发生成；奶油和咖啡混合，不会自行分离；我们年轻时出生，然后变老；我们可以选择未来的行动，但不能选择过去。B介子系统中的这项新测量——实际上，T破缺的整个现象——**与那个时间之箭绝对无关**。原因很简单。时间之箭的核心概念是**不可逆性**——事情在一个时间方向发生，而在另一个方向不发生。你可以打散鸡蛋，但不能将其复原等等。这与B介子中发生的情况完全不同。不同类型介子之间的振荡在两个时间方向上都完美发生，只是速率略有不同。更重要的是，在打散鸡蛋的过程中，并没有B介子（或K介子）扮演关键角色。换句话说，所讨论的粒子物理过程是完全可逆的。信息不会随时间丢失；你可以通过了解当前的量子态来精确地推断它过去是什么样的。（用行话来说，它是“酉的”。）这与宏观时间之箭完全不同。实际上，在某种意义上，T破缺仅仅是命名上的一个偶然。我们完全可以选择将“时间反演”定义为大多数教科书现在定义的“CPT”。那么时间反演将是自然界的一个良好对称性！你实际上可以证明，任何从根本上可逆（酉的、信息守恒的）理论都将有一个与时间反演相对应的操作，这个操作是一个良好对称性。所以精心提出的物理问题不是“为什么T被破坏了？”，而是“为什么保留的时间反演概念涉及我们所称的C和P？”这个问题之所以值得关注，是因为时间反演和时间之箭之间的混淆经常导致聪明的物理学家认为他们发现了关于时间之箭的有趣之处，而实际上他们正在解决一个完全不同的问题。我们理解为什么存在时间之箭：因为早期宇宙始于一个低熵状态，而从这种状态进行的普遍演化会导致熵的增加。如果你有一个理论解释了早期宇宙为什么具有低熵，你就成功地解释了观察到的时间之箭；同样，如果你有一个理论**没有**解释大爆炸附近的低熵，你就**没有**成功地解释观察到的时间之箭。我喜欢B介子，但它们并不是我们无法将跌碎的鸡蛋重新组合起来的原因。
