時間不可避免地向前推進是物理學(xué)中一個令人著迷的未解謎題。為了探索這一問題，科學(xué)家們剝離時鐘至其最基礎(chǔ)的構(gòu)成，以期揭示時間的真實流逝。然而，在此過程中，他們意外發(fā)現(xiàn)，由于量子力學(xué)的原理，完美的時鐘是不可能實現(xiàn)的。

無論是探索微觀的亞原子粒子還是宏觀的整個可觀察宇宙，數(shù)學(xué)都是不可或缺的工具。具體而言，我們依賴一系列方程，這些方程代表物理定律，指導(dǎo)我們理解系統(tǒng)如何隨時間演變。確實，系統(tǒng)的變化要求我們在方程中引入時間變量。然而有趣的是，基本上所有物理定律都具有時間對稱性，這意味著它們在描述未來發(fā)展趨勢時，與描述過去狀態(tài)一樣準確有效。

因此，如果我們掌握了某個系統(tǒng)當(dāng)前的完整信息，就可以通過方程向前推演來預(yù)測未來，或者向后推演來回溯過去。這表明，從物理學(xué)的視角看，未來和過去并沒有本質(zhì)的區(qū)別。當(dāng)然，這一點有一個例外——熱力學(xué)第二定律。這一定律涉及到所有系統(tǒng)共有的一個特性：熵，它是對系統(tǒng)混亂程度的量化。

根據(jù)熱力學(xué)第二定律，如果我們想要使宇宙的某個部分變得更加有序，就必須在其他地方增加熵作為代價。而且，系統(tǒng)處于無序狀態(tài)的可能性遠大于有序狀態(tài)。因此，隨著時間的流逝，熵的增加成為了不可避免的趨勢。這就是我們能夠區(qū)分過去和未來的原因：過去的熵值較低，而未來的熵值將會更高。

幾年前，英國和奧地利的科學(xué)家們的研究對我們理解時間的流逝產(chǎn)生了重要影響。他們指出，測量時間需要用到時鐘，而時鐘的外觀并不關(guān)鍵，重要的是其內(nèi)部有一個以恒定速率運行的機制。這個機制，通常是一個振蕩器，能夠以可預(yù)測的模式擺動。

然而，隨著時間的流逝，時鐘也在不斷地進入新的、更加無序的狀態(tài)。這意味著，時鐘在跟蹤時間的同時，也在向宇宙貢獻自身的熵。研究人員發(fā)現(xiàn)，對于極小的時鐘，其產(chǎn)生的熵與其精度有關(guān)。

精度這一術(shù)語，實際上是指時鐘的準確性。設(shè)想一個以固定速率滴答作響的時鐘，通過計算滴答聲的次數(shù)并乘以兩次滴答之間的時間間隔，我們就能知道時間的流逝。但由于計數(shù)不可能完美無誤，最終會產(chǎn)生微小的誤差。因此，時鐘的精度可以通過它偏離準確時間所需的滴答聲次數(shù)來衡量。

對于每秒滴答一次的傳統(tǒng)鐘擺時鐘，我們會詢問它需要多久時間才能快一秒或慢一秒。而今天，最先進的原子鐘可以運行數(shù)十億年而不會失去一秒鐘。但原子鐘的尺寸龐大且極其復(fù)雜。因此，為了更好地理解時間，我們需要簡化的時鐘理論模型。

科學(xué)家們意識到，簡化時鐘的“滴答聲”可能并非如我們所期望的那樣以固定頻率出現(xiàn)，而是隨機發(fā)生的。這種隨機性帶來了預(yù)測下一次滴答聲何時到來的不確定性，從而對精度的衡量提出了挑戰(zhàn)。為了讓他們的時鐘有用，滴答聲應(yīng)該是有規(guī)律的。

因此，研究人員在這些隨機滴答聲之上設(shè)計了一個重復(fù)過濾器，它會以一定的時間步長過濾掉一些滴答聲。這個過濾器就像一個有固定時間開關(guān)的門，只有在門打開時人才能進去。但即使使用過濾器，您也不能保證每個時間間隔都會聽到一次滴答聲。就像有時門開著，卻沒有人進去，這會導(dǎo)致不準確的情況出現(xiàn)。

過濾器越好，意味著滴答之間的時間越一致，而他們所需要添加的部件就越多。添加部件正是增加熵的原因，換句話說，你的時鐘越準確，你的時鐘給宇宙帶來的熵就越多。這項研究合作的英國部分進行了一項實驗，使用了他們能建造的盡可能簡單的時鐘：電路中擺動的納米級硅片。最終，實驗證實了模型：更高的精度意味著更高的熵。

考慮到這一結(jié)果，奧地利的科學(xué)家意識到，時鐘的精度并不是他們必須考慮的唯一因素。他們還需要擔(dān)心其分辨率，它指的是可以用時鐘測量到的最小時間步長。畢竟，你不能用老鐘來計時百米沖刺，因為它們?nèi)鄙俸撩爰墑e的分辨率。

在當(dāng)今科學(xué)領(lǐng)域，阿秒級的脈沖可以測量極其微小的時間間隔，但這種測量不需要在很長的時間跨度內(nèi)保持精確。相比之下，原子鐘的分辨率雖然不如阿秒脈沖，但它們能在更長的時間跨度內(nèi)保持時間的準確追蹤。那么，我們能否制造出一個既具有阿秒脈沖的分辨率，又具有原子鐘精確性的時鐘呢？(www.Ws46.com)

根據(jù)奧地利團隊的研究，答案是不可能的。他們發(fā)現(xiàn)，為了提高時鐘的分辨率，需要一個能夠以更小的時間步長工作的過濾器。但如果隨機滴答聲不夠頻繁，這種改進就無效。而滴答聲頻繁則會增加熵，影響精度。因此，他們發(fā)現(xiàn)時鐘的精度與分辨率之間存在權(quán)衡：時鐘越準確，其分辨率就越低，反之亦然。這種權(quán)衡類似于量子力學(xué)中的不確定性原理，但它源于宇宙對增加熵的需求。這種效應(yīng)在我們的日常生活中似乎并不重要，因為它只在微觀尺度上或在極端分辨率或精度的極限下才顯著。