各位老铁们好，相信很多人对时间反演不变性都不是特别的了解，因此呢，今天就来为大家分享下关于时间反演不变性以及时不变性怎么判断的问题知识，还望可以帮助大家，解决大家的一些困惑，下面一起来看看吧！
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一、自旋系统中的时间反演对称性如何理解
1、在量子力学中，自旋（英语：Spin）是粒子所具有的内禀性质，其运算规则类似于经典力学的角动量，并因此产生一个磁场。虽然有时会与经典力学中的自转（例如行星公转时同时进行的自转）相类比，但实际上本质是迥异的。经典概念中的自转，是物体对于其质心的旋转，比如地球每日的自转是顺着一个通过地心的极轴所作的转动。
2、自旋角动量是系统的一个可观测量，它在空间中的三个分量和轨道角动量一样满足相同的对易关系。每个粒子都具有特有的自旋。粒子自旋角动量遵从角动量的普遍规律，p=[J(J+1)]h，此为自旋角动量量子数，J= 0，1/ 2，1，3/2，……。自旋为半奇数的粒子称为费米子，服从费米-狄拉克统计；自旋为0或整数的粒子称为玻色子，服从玻色-爱因斯坦统计。复合粒子的自旋是其内部各组成部分之间相对轨道角动量和各组成部分自旋的矢量和，即按量子力学中角动量相加法则求和。已发现的粒子中，自旋为整数的，更大自旋为4；自旋为半奇数的，更大自旋为3/2。
3、首先对基本粒子提出自转与相应角动量概念的是1925年由 Ralph Kronig、George Uhlenbeck与 Samuel Goud *** it三人所为。然而尔后在量子力学中，透过理论以及实验验证发现基本粒子可视为是不可分割的点粒子，是故物体自转无法直接套用到自旋角动量上来，因此仅能将自旋视为一种内在性质，为粒子与生俱来带有的一种角动量，并且其量值是量子化的，无法被改变（但自旋角动量的指向可以透过操作来改变）。
4、自旋为半奇数的粒子称为费米子，服从费米-狄拉克统计；自旋为0或正整数的粒子称为玻色子，服从玻色-爱因斯坦统计。复合粒子的自旋是其内部各组成部分之间相对轨道角动量和各组成部分自旋的向量和，即按量子力学中角动量相加法则求和。已发现的粒子中，自旋为整数的，更大自旋为4；自旋为半奇数的，更大自旋为3/2。
5、自旋是微观粒子的一种性质。自旋为0的粒子从各个方向看都一样，就像一个点。自旋为1的粒子在旋转360度後看起来一样。自旋为2的粒子旋转180度，自旋为1/2的粒子必须旋转2圈才会一样。自旋为1/2的粒子组成宇宙的一切，而自旋为0，1，2的粒子产生物质体之间的力。自旋为半整数的费米子都服从泡利不相容原理，而玻色子都不遵从泡利原理。
6、自旋的发现，首先出现在碱金属元素的发射光谱课题中。于1924年，沃尔夫冈·泡利首先引入他称为是「双值量子自由度」(two-valued quantum degree of freedom)，与最外壳层的电子有关。这使他可以形式化地表述泡利不相容原理，即没有两个电子可以在同一时间共享相同的量子态。
二、时间反演对称性的微观现象:时间反演的不变性
1、因为大多数系统在时间反演下都不会保持不变，实际上问题变成是否能够找出一个系统具有时间反演对称性。在经典力学中，速度v在时间反演操作T下反向，但是加速度在时间反演操作下不变。因此耗散系统中必然包含速度v的奇次方项。但是如果设计一个精巧的实验将耗散尽可能移除的话，力学定律被证明是时间反演不变的。耗散的出现源自热力学第二定律。
2、当带电物体在磁场中B中运动时，系统受到洛伦兹力，而洛伦兹力的表达式包括v×B项，这使得在磁场中的系统初看起来在T操作下并不会保持不变。但是仔细观察后发现B在时间反演操作下同样改变了符号。这是因为磁场是因电流J产生的，因此在T操作下B会变号。因此带电物体在电磁场中的运动是时间反演不变的（如果认为外场是固定不变的，则电磁场中运动的物体在局部仍然将不具有时间反演不变性，具体可参见法拉第旋光器）。引力在经典力学中一般也被认为是时间反演不变的。
3、物理理论可以被分为与运动有关的运动学和与力有关的动力学。以量子力学为基础建立的运动学同以牛顿运动定律为基础建立的运动学一样，初始的时候并没有假设动力学方程具有时间反演不变性。换句话说如果动力学方程具有时间反演不变性则运动学方程也会保持这种性质；如果动力学方程不具备这种性质，则运动学方程也会表现出来。量子力学相比经典力学包含了更丰富的内容，值得我们去进一步的探讨。量子力学中的时间反演操作有3个重要的特征：
4、保证非简并的量子态的电偶极矩为零,
5、可以由具有 T2=−1性质的二维群表示.
6、与宇称反演相比，时间反演更为独特。如果有一对量子态在宇称变换操作下相互转变，则可以对量子态相加及相减后得到的具有良好宇称定义的新基底（一个为偶宇称另一个为奇宇称）。但是对于时间反演操作，我们并不能做类似的事情。这似乎与所有的阿贝尔群可由一维单模表示这一定理相矛盾。之所以如此是因为时间反演是由反幺正算符表示的，这要求量子力学引入旋量这一概念。维格纳定理告诉我们，所有的与对称性有关的算符S在量子力学中要么为幺正算符，要么为反幺正算符。S= U即幺正算符，或者有S= UK即反幺正算符：，其中U为幺正的,而K为复共轭操作。之所以这么规定是因为要保持希尔伯特空间上两矢量内积的模平方不变。
7、以宇称变换算符为例，当作用在座标上时有 P−1xP=−x。类似可知宇称操作作用在动量上时同样导致其反向,所以有PpP−1=−p,其中x和p在量子力学中分别是坐标算符和动量算符。这说明正则对易关系 [x, p]= iħ在宇称变换操作下保持不变,其中ħ是约化普朗克常数，所以我们可以得出P是幺正的既有PiP−1= i.
8、四维动量的时间分量是能量，如果时间反演操作是幺正变换的话则能量将在时间反演下变号，而这是不可能的，因为能量恒正。在量子力学中能量出现在相位因子exp(-iEt)上,反演时间的同时保持能量恒正要求i在时间反演下改变符号,这样相位的意义就能保持下来。
9、类似的我们可以推出所有要求能量为正的反幺正算符必然包含时间反演操作。
10、假设时间反演算符为T,则位置坐标不受影响有TxT−1= x,但是动量方向被改变了,因此有TpT−1=−p。要保持正则对易关系不变要求T是反幺正的即TiT−1=−i。对于有自旋的基本粒子而言,可以用如下方式表示时间反演
11、其中Sy是y方向的自旋分量,即TJT−1=−J当系统具有电偶极矩（EDM）时，情况会变得比较特殊。EDM被定义为系统置于外界电场时发生的能级移动：Δe= d·E+ E·δ·E，其中d记为EDM而δ被定义为感应偶极矩。
12、EDM一个重要的特征是在宇称反演下，能级移动变号。d是矢量因此d在态|ψ>中的的平均值正比于<ψ| J|ψ>，因此对一个稳态而言，EDM在时间反演下将会消失。换句话说，如果一个系统的EDM不为零，则系统在P和T变换下不具有对称性。
13、但是如果基态存在简并，例如水分子：宇称反演操作下这些态相互转换，则EDM和时间反演对称性并不矛盾。
14、目前实验给出的中子电偶极矩的上限给出了强相互作用以及其对应的理论量子色动力学是否违反时间反演对称性的标准。相对论量子场论的CPT联合反演不变性以及测量中子电偶极矩的实验给出了强相互作用CP破缺的上限。
15、实验上测出的电子电偶极矩上限给出了粒子物理中很多参数的上限。
三、时间反演不变性什么意思
1、时间“倒过去“看，和正着看，事件看不出有什么不同。这就是时间反演不变性。
2、无阻尼单摆运动录下来，正反放演看不出有什么区别。无阻尼的简谐振动，也一样。
3、物理里面，一种不变性，就对应一个守恒定律。
4、但是对于这个时间反演的不变性，在现实自然世界里面是不存在的。这需要结合热力学第二定律”熵“。这个定律就是说自然界的一切都会向着无序方向发展。
5、也就是说，在自然界里面，根本不存在时间反演不变性。。。刚才说的无阻尼单摆那两个例子，也只是在很短的时间内，看起来近似成立——时间反演不变性。。其实并不存在。
6、也正是因为这个热力学第二定律，才让我们现实的时间，像是河流一样的向前走。。它不允许时光倒流。。。更不可能有所谓的时间反演存在。
7、有些公式是符合的，比如牛顿定律。。。。
8、F= ma= m* d^2s/ dt^2= m* dv/dt，你把时间前面加个负号，就表示跟正向时间相反，此时的v也要加个负号 F= ma= d(-v)/ d(-t)结果还是 a这仅仅是公式满足而已。
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