时间之箭为什么那么低
1. 有人说,时间是有方向的,为什么这么说
地球上的人们感受到了从出生到长大的时间的流逝。我们总是感叹时间过得不快,时间已经没有了,如果能回到过去,那梦想是一件多么美好的事情!于是,好莱坞的编剧们为了满足大众的需求,加入了庞大的穿越时空,让主人公们可以乘时光机,随心所欲地移动时间,回到过去改变历史。但是,在现实世界里,这样的事情是不可能的。
“时间的箭头”与理解时间的经过和宇宙的进化的热力学第二法则相关联,但这个理论的中心是“熵”的概念。要理解熵的概念,需要知道物体不是作为一个个体来看待的,而是由很多部分构成的。熵表示事物的无序和无规则性。熵越高越混乱熵越低越有秩序这个概念说明了随着熵增加时间持续流逝的理由,宇宙的一切都从秩序变为无序。
宇宙中熵增大,自然界中万物从秩序变成无序,是区分过去和未来的理由。过去的宇宙总是比未来的宇宙有秩序,再往上追溯的话,非常有秩序的出发点是宇宙大爆炸。现在的宇宙中存在着几十亿的银河,如果能回到十分遥远的过去,宇宙的所有东西都会被强加在那里不存在的变化上。时间和空间都没有任何“混乱”这里是低熵的来源大爆炸以后,所有的一切都会渐渐混乱,时间的流逝是有方向的。也就是说,大爆炸把时间的箭射出去了。
宇宙法则是,时间的箭头一旦被释放就绝对不会后退,我们只能从过去走向未来。随着宇宙无限大膨胀的那一天的到来,熵接近无限大,宇宙变化的能力可能会下降。那个时候,如果熵不增大,时间就没有意义了,或许,这就是时间的结束。
2. 时间之箭的内容介绍
Arrow of time 时间之箭,科学中最不可思议的事物之一就是区分过去和未来。在亚原子层次上,不论是经典力学的传统思想抑或量子力学的现代思想,都不能区别过去和未来。在涉及亚原子粒子的典型相互作用中,两个粒子可以会合到一起,并通过某种方式产生两个不同的粒子,后者随即又分开。物理学定律表明,几乎每种这样的相互作用都能同样有效地反过来运行,即“最后的”的两个粒子会合到一起并相互作用产生“最初的”两个粒子。在这一层次上,仅仅着眼于每对粒子是无法将过去与未来分开的。
但是在人能感知的层次上,过去和未来的区别是显而易见的。事物的变陈旧,人的变老。与粒子的相互作用相对应,我们可以想象一个在桌子边缘的酒杯,它摇摇晃晃坠落地面摔碎了。即使在酒杯摔碎时,酒杯内部原子之间每种相互作用按照已知物理定律是可以反转的,我们也永远看不到摔碎的杯子自己重新组装起来。如果让我们看两张静止照片,一张是桌子上的酒杯,另一张是地板上的玻璃碎块,我们也能毫无困难地指出,在时间上哪一张照片先拍,哪一张后拍。在我们考虑很多粒子的复杂关系时,存在着一个从过去指向未来的固有的时间之箭。
但是,区分指向未来的箭和向未来运动的箭是很重要的。这很像罗盘的指针,它指向北方,但根本不必向北方(或其他任何方向)运动。如果拍一部酒杯从桌子上坠落地面的电影,而不仅仅是在此“之前和之后”的两张照片;如果电影的个别画面割裂开来然后混在一起,我们也仍然能够把它们按正确顺序加以整理。不必真正放映电影,,也能清楚区分过去和未来。
有些科学家(和哲学家)认为,我们关于时间流逝的印象不过是一种幻觉,因为我们的头脑审视我们亲身经历的事件,就像把电影放映在银幕上。潜在的事实,不论过去的还是未来的,可能仍然在那里,就像电影胶片的各个独立画面,即使我们的注意力不得不集中通过一个一个画面追随故事的连续。不管这是否真实(这是极具争议的问题),仍然真实的一点是,过去和未来可以用一个从过去指向未来的箭加以区别。
这种区别可以用数学来表示,热力学的基础是对我们从过去“运动”到未来的过程中事物变化方式的分析。关键是洞察到宇宙中的复杂程度总是在增加——酒杯破碎了,却不会自行聚合。物理学家用叫做熵的量来估量杂乱程度;物理学最基本的定律是,一个封闭系统的熵总是永远增加的(热力学第二定律)。
在一个有外部能量来源的开放系统中可以避开这条定律。第二定律似乎在地球上受到了破坏,因为生物在生长,人能够把一堆砖变成一种秩序得多的结构,如房屋。但所有者一切都依赖于能量的输入,去来源就是太阳。地球上的熵减少远小于与太阳内部的核聚变反应和太阳向空间辐射热量相联系的熵增加。整个宇宙的熵随时间的流逝而增加——也就是,同较低熵的宇宙状态相比,拥有较高熵的状态对应着未来方向。
同一个时间之箭以另一种方式表现在宇宙结构中。宇宙在膨胀(即红移),所以星系彼此分开越来越远。同星系靠得比较近的宇宙状态相比,星系分开比较远的状态就处在未来的方向。首要的时间之箭系大爆炸本身所规定——不管你在宇宙的何时何地,大爆炸总是在时间的过去方向。不知什么缘故,宇宙从大爆炸中浮现时,她的熵足够低,使得恒星、行星和人类得以形成;从那以后它就逐渐衰竭。热量不能从较冷的物体流向较热的物体(第二定律的另一种表述),所以明亮恒星的能量是单向流进冷的宇宙。当宇宙中所有恒星及其他能量来源停止提供热量,这个宇宙就将进入任何东西都不变化的温度均匀状态。宇宙将遭受“热寂”。
这突出了另一个考察时间之箭和熵概念的方法。一个封闭系统(或这个宇宙)中的能量是不会改变的——这是热力学第一定律。即使质量按照爱因斯坦公式E=mc^2转化为能量,但质量被认为是能量的一种储存形式,所以并没有创造“新”能量。于是,第二定律告诉我们的就是,封闭系统内的任一相互作用中的“有用”能量是减少的。
有用能量就是能够做功的能量。例如,当酒杯从桌子上跌落时,原则上可以将它与一个能够带动发电机的皮带轮系统连接,把下落酒杯的引力能转化为电能。但是,当杯子是自由下落是,这一潜在的有用引力能就转变为运动的能量(动能)。当杯子撞击地面而破碎时,杯子和地面的原子和分子将被激发而更快的振动,于是这一动能转化成热而浪费掉。最后,这一热能化为红外辐射,在空间耗散,永远不可能用来做有用的功。我们永远看不到从太空来的辐射能够使地面和杯子碎片的原子和分子恰如其分地摆动,把玻璃碎块结合成酒杯,并让它跳回到桌子上。就算我们能让下落的杯子带动发电机去做有用的功,一部分能量也将因摩擦生热而损失掉。任何能量转化过程都不是完全的,这就是为什么我们永远做不出永动机(比如用下落杯子发的电驱动一个马达将杯子重新提升到桌面上)。
但是我们仍然面对一个难题,就是当杯子掉下摔碎时,涉及一对原子或分子的每种相互作用原则上都是可以反转的。可实践中为什么从来不发生这样的情形呢?一种可能是,过程并非绝对不可能“反演”,只是必然反演的可能性微乎其微罢了。
将下落的酒杯放在一边,来考虑一个比较简单的系统——用隔板分成两半的箱子,隔板的一边有气体,另一边是真空。如果把隔板拿走,气体将扩散到充满整个箱子(随便说一下,气体扩散时将稍稍变冷——这是冰箱的工作原理)。不管你坐下来观察箱子多长时间,你永远别想看到气体的所有分子和原子返回到箱子的一半,而让另一半空着。然而箱子中任意两个粒子之间的每次碰撞原则上都是可以反转的。如果我们能挥动魔术棒将每个粒子的运动反转,气体就必定返回到它原来的地方。
19世纪时,法国物理学家亨利·潘加勒(Henri Poincare,1854-1912)证明,关闭在箱子中的这样一种“理想”气体最终必然通过热力学定律允许的所有可能的粒子排列。只要原子和分子来回蹦跳,它们迟早会采取任何允许的排列,包括全部气体仅仅占据一半箱子的排列。如果我们等待足够久,系统就将回到它的起始点,时间也就好像是反向流动了。
这里的关键是“足够久”,所有来自通过所有可能排列需要的时间叫做潘加勒周期,它与箱子中的粒子数量有关。即使小小一箱子气体也可能有1*10的二十二次方个个原子。如此多的原子要通过所有可能的排列,需要的时间将比宇宙年龄长得多。表示潘加勒周期典型值得数含有的零比全部已知星系的恒星加起来还要多,这就说明,你看到箱子中的气体按照某个特定方式排列或等到杯子跳回到桌面上的机会是多么的小。
所以,对世界为什么在微观尺度上可以反转而宏观上不能反转(为什么时间之箭只指着一个方向)这个难题的标准“答案”是,熵增加定律是一个统计定律;熵的减少并非完全被禁止,而是可能性极低。
这导致奥地利物理学家路德维格·波耳兹曼(Ludwig Boltzmann,1844-1906)——也是在19世纪——认为宇宙可能是一个巨大的统计怪物。设想一种热寂已经发生、一切事物都是均匀的场景,那么根据波耳兹曼对潘加勒工作的解释,宇宙一个部分中的所有粒子有时会偶然地正好走上能够产生恒星或大爆炸的正确道路。总之,在宇宙的这样一个区域中,时间暂时反向流动,从混乱中创造秩序。然后,这个低熵泡将在返回更可能的状态时“放松”。
这个思想没有得到当今宇宙学家的认真对待。虽然它与恒稳态假说中各种形式的模型有相似之处,却被大爆炸模型取代了;阿得雷德大学的保罗·戴维斯(Paul Davies)指出的,它仍然包含了洞察时间本质的极富魅力的见解。
如果时间之箭永远指向熵增加方向,在波耳兹曼泡增长时说时间“倒流”就没有意义。在令人感兴趣的宇宙区域中,一位智能观察者仍然能感受到指向高熵热寂状态的时间之箭。换言之,即使宇宙过去“真正”是坍缩而不是膨胀,是向奇点运动而不是离开它,像我们这样的智能观察者仍然能够领悟,“未来”是星系分开更远时的时间。
这并非单纯哲学上的吹毛求疵,因为大爆炸模型的若干变种认为,我们宇宙的膨胀将在某天停止,然后转为收缩。如果发生这种情况,时间本身会倒流吗?如果时间倒流,智能观察者能注意到吗?或者,在宇宙收缩时,他们仍将觉得是居住在膨胀宇宙中吗?也许,我们真是居住在一个收缩的宇宙中而一直没有察觉!
3. 1999为什么没发生世界末日
如果你是靠臆想的话,那我可以告诉你,
玛雅2012世界末日!
诺查丹玛斯1999世界末日!
都不对
正确答案:明天是世界末日!
哈哈
4. 为什么时间之矢是指向熵增大的方向的
一般随着在没有外界的干扰下,时间增大熵增大吧
5. 宇宙大爆炸的时间之箭是不是一去不复返了,人不可以回到过去吗
在大爆炸学说前,某些理论认为已知宇宙只不过是脱离先前存在空间所孕育时空的一个“婴儿”泡泡。其他的“婴儿”宇宙也许以同样的方式形成,但是其中一些宇宙的时间流动则是沿着相反的方向,从而维持整个宇宙的时间对称。
某些婴儿宇宙的时间流动可能沿着相反的方向,从而维持整个宇宙的时间对称。
美籍西班牙哲学家乔治·桑塔亚那在其1938年出版的《真理的境界》一书中有一段着名的论述,他将时间比作是沿着导火索燃烧前行的火焰。火焰的位置代表着目前的时刻,它加速向前,但从不回头,只剩燃烧殆尽的灰烬徒留其后。他说:“现在的本质就像是沿着时间导火索前行的火焰。沿着导火索的每一个火花代表着将未来变为过去的‘现在’,这种完美结合形成了亘古不变的历史真理。”
其实,这并非一个完美的比喻。沿着导火索飞跃的火花并没有完全抓住时间的奇异特性,这些特性时刻困扰物理学家对相对论和量子力学的思考。但是,桑塔亚那的火花确实阐明了时间之最持久、最令人费解的特性之一,那就是时间之不可逆转。
时间总是永远地奔向未来。一呼一吸之间,你能进入未来,但过去却只能永远停留在记忆里。时间向着一个方向飞奔,就像是离弦之箭,从来不会掉转头来。覆水难收、破镜难圆、死灰难复燃、人老难还童,说的都是这个理。
美国加州理工学院的理论物理学家肖恩·卡洛尔说:“过去和未来的差异,表现在物理学上,也表现在哲学上,还表现在生物学和心理学等几乎所有科学领域。时间之箭遍布在我们认识宇宙的各条道路上。”
但奇怪的是,统治着宇宙的自然法则不承认时间的这种势在必行。描述改变物体运动状态的力的方程,既适用于时光倒流,也适用于时间的向前。一个弹跳分子的微观视频将需要时间标识来区分向前还是向后,在一个分子尺度上,时间没有方向。在一个弹跳的篮球的大世界里,虽然时针始终在运行,但时针之手却从来无法扭转其旋转方向。
一个多世纪以来,从时间自然定律的空白到“时间之箭”的出现,物理学家和哲学家一样一直倍感困扰。即使今天在iPhone的应用程序中已有很多关于时间奥秘的解决方案,但新的解释依然层出不穷,这就像上紧了发条的时针一样一刻不停歇。关于时间奥秘的最新解释认为,它可能是一部涉及宇宙起源的宏大戏剧中的一个必不可少的插曲。
- 时间前行之乱了乱了
虽然科学家们在时间之箭的确切来源方面并未达成完全一致,但大部分专家认为它与熵有关,也就是热力学第二定律所要求的事物不断增长的失序。随着时间的推移,在与外部影响隔离的任何系统中,失序会增加(或至少停留在原样)。
不幸的是,光引用热力学第二定律来解释时间之箭并不能解开这个谜团。的确,不断增长的熵定义了时间的方向,但条件是只有等到一切都处于平衡状态,以技术的术语讲,就是一切都乱成一团。正如奥地利物理学家路德维希·玻尔兹曼在19世纪所作的解释:“乱成一团”是迄今为止事物最有可能的存在方式。时间之箭应属于一个好得不能再好的运气,就像是在通宵扑克游戏中每手牌都能抓上同花顺一样,但就宇宙的熵来说,其明显不可能达到这样的最好运。无疑,每件事物都应当已处于乱成一团的状况,因而也应当没有时间之箭。
但是,这不是宇宙应有的方式。当事物乱成一团时,它们并没有像应有的那么乱,也因此宇宙时间的导火索可以继续燃烧。换言之,宇宙中的熵在过去曾低到足以拥有更大的空间而变得更高,正是这种向混乱的探索,驱动着时间之箭向单一的方向前进。解释时间之箭不仅需要热力学第二定律,还需要理解某些原因,如熵为什么曾经如此之低,特别是,为什么随着大爆炸中宇宙导火索的那道光,宇宙时针开始滴答作响之时,熵的值就处于低位。
卡洛尔在今年2月于圣地亚哥举行的美国科学促进会年会上说:“试着了解为什么你可以把奶油与咖啡混合,但不能将其分离,就把我们带回到了大爆炸的年代,把我们带回到了这个可观测宇宙的起源问题。”
回到宇宙大爆炸之前
从大约137亿年前宇宙大爆炸的那一刻起,空间在不断地扩张。引用这种扩张论来解释日常生活中的时间流动,已成为解决时间奥秘的标准策略。这种做法要追溯到半个世纪前,将由热力学第二定律定义的时间之箭与大爆炸诱发扩张理论定义的宇宙之箭联系起来,天文学家托马斯·戈尔德无疑是第一人。该方法以各种形式来证明,扩张的空间允许熵的增加,无论其开始时有多低或多高。即使熵在开始时是高的,扩张的空间也允许其增长到更高。因此,熵在持续上涨,宇宙时钟也在滴答不停。
卡洛尔在他的新书《从来世到今生》里指出,这种解决方案只是假设了时间方向的存在,但并没有解释为什么存在。基本上,它只是将大爆炸定义为“过去”的一个点,从此时间就向一个方向流动。这种情景并没有保留宇宙基本方程中发现的两个时间方向之间的对等性。要找到一个完整的解释,将需要回到宇宙大爆炸之前更远的时间。
“你经常听宇宙学家说,宇宙大爆炸是空间和时间的开始之刻,在宇宙大爆炸前,从没有出现过这样的事情,”卡洛尔说,“事实是,宇宙大爆炸只是我们的理解所终止的那一刻。因为,我们不知道大爆炸前发生过什么,但它又绝对可能发生过。”
事实上,今天的许多宇宙学家正在认真研究宇宙大爆炸之前所发生事情的各种可能性,以及它所创造的宇宙是否只是众多不同的时空泡泡中的一个,这些泡泡就像啤酒杯表面的泡沫那样覆盖在来世表面。这种复杂的“多元宇宙”可能含有无数宇宙个体,每一个在自己的大爆炸中诞生的宇宙个体都以“婴儿”泡泡的形式出现,然后才会割断将其连接到原始“虚空”(emptiness)的脐带虫洞。
卡洛尔认为,所谓“虚空”,就是一个高熵环境,技术术语称为德西特空间。可是,一个“空”字,并不能传达出一个十分正确的描述。因为在量子力学,特别是海森堡测不准原理中,一个完全空的空间是不被允许的。能量的波动是不可避免的,在极其罕见的情形下,一个这样的波动将大到足以将一个全新的时空泡泡爆裂成一个现实的“婴儿”宇宙。这个“婴儿”宇宙将能扩张成人类物理学家在一个可从内部加以检视的泡泡中所看到的那一类宇宙。
“每一次波动常常会形成一小块宇宙,它由使其越来越快地进行扩张的能量所控制,”卡洛儿解释说,“这种能量在其变成普通物质和辐射前会徘徊一段时间,整个场景看起来就像我们的宇宙大爆炸。”
如此这般,这个存在于大爆炸前的高熵的虚空时空总是可以更多地增加其熵,系统(德西特空间“母亲”加上“婴儿”)的总熵将更高,从而维护热力学第二定律。远离其“母亲”空间后,低熵的“婴儿”宇宙将扩张,当“婴儿”宇宙的熵增加时,热力学第二定律就将驱动一个时间方向。最终,“婴儿”宇宙的熵达到一个最大值,变成一个像德西特空间“母亲”那样的宇宙。之后,它也将可以生出自己的“婴儿”宇宙。
“随着时间的发展,宇宙爆裂成了现在的模样,一个个“婴儿”宇宙应运而生,它们扩张和冷却,在此刻就有一个时间之箭,”卡洛尔说,“那一刻是几万亿年。”
最妙的是,此种情形也可能发生在两个时间方向上,因为德西特空间可生成许多时空泡泡。任何一个泡泡都拥有只在一个方向上前进的时间之箭,但另一个泡泡的箭头可能指向相反的方向。总体而言,时间对称性将会得到维持。
任何特定泡泡的占有者总是相信,创造了自身泡泡的大爆炸存在于它们的过去。从超脱一切的超级观察者的眼光看,时间向两个方向的移动,就像物理定律总是表明的那样明白无误。
“关键是,整个事情,整个多元宇宙,在整体上是关于时间对称的。”卡洛尔说。
超越热力学第二定律
卡洛尔提醒说,这种想法还只是个设想,有待于宇宙学家大幅提高其计算能力后进行严格验证。它仅是将永恒的物理定律与时间的方向之箭协调一致的许多想法中的一种。麻省理工学院的物理学家洛伦索·麦科恩就指出,第二定律其实不容许两个时间方向。但是发生在相反方向的任何事情将不会留下任何痕迹、记录乃至记忆。如果你正在炒鸡蛋,突然间时间扭转了,这时不仅鸡蛋将恢复原状,你大脑中的神经细胞也会恢复到以前的状态,消除了你原来正在炒鸡蛋的信息。所以,就如麦科恩去年在《物理评论快报》上发表的论文中提出的那样,如果时间真能倒流,也没有人会以任何方式意识到这一点。
不过,麦克恩承认,即便是这种方法也还是不能解释,为什么科学家所预测的过去开始时的熵值要远低于现今的熵值。
更为复杂的是,援引热力学第二定律的时间奥秘解决方案还可能取决于第二定律本身的效力。利用第二定律帮助解释时间时,如果这一定律本身就是错误的,那解释的效力就大打了折扣。
对热力学第二定律的怀疑者曾被认为是不可原谅的异教徒,这部分应归功于英国天体物理学家亚瑟·爱丁顿爵士(他在偶然的机会创造了时间之箭这个词语)关于第二定律绝无错误的一个着名论断。然而,近年来,第二定律却遭受了前所未有的强力挑战。
数学家斯蒂芬·沃尔弗拉姆在其2002年出版的新书《新型科学》中,援引了计算机模拟结果,并声称该证据表明第二定律是完全错误的。其他科学家也在通过各种情景的审查以试图寻找该定律的漏洞,特别是在量子效应发挥作用的地方。
意大利物理学家格尔曼诺·德·阿夫拉莫在最近一期《物理评论:A辑》上指出,在过去10年到15年间,对热力学第二定律地位的挑战达到了空前的规模。在此期间,期刊文献中出现了50多篇这方面的论文。
且不论第二定律的最终命运如何,从表面看来,时间的导火索在一个方向上继续燃烧,在解释时间奥秘的道路上,科学家们依然需要继续付出相当大的努力。考虑到至今的所有解决方案都不能彻底地解释时间奥秘,关于时间方向的部分谜团仍然极有可能得不到破解。而这也并不令人震惊,因为物理学在试图解释一些重要奥秘上尽管已花了几十年时间,但还不是都以失败告终。
在20世纪,相对论和量子力学的伟大科学革命打开了了解自然界复杂的内部运作机制的巨大窗口。但是,许多最深奥的问题仍然没有答案。宇宙主要是由什么组成的?一种身份未明的物质加上一种同样神秘的能量形式,以一种无法解释的密度水平存在于所有空间。大尺度上适用的定律(以重力为基础)最终是否会与微观世界的量子定律相抵触?没有人愿意相信这一点,但将重力和量子物理学结合在一起的努力从来就没有很成功。
这些问题给一些科学家带来的感触是,21世纪必将产生另一场可与爱因斯坦媲美的革命,这只不过是一个时间问题。也有人认为,解决时间之箭的奥秘可能需要或启动这样一场革命。这些人中就有诺贝尔奖得主安东尼·莱格特,这位伊利诺伊大学的物理学家在美国科学促进会年会上发表讲话指出,“我们是否以及什么时候能进行一场真真正正的重大革命?相较于相对论或量子力学来说,在未来几十年的某个时刻,物理学革命带来的大量要素将彻底修正我们关于时间之箭的观点”。
6. 为什么时间无法回头
时间,是永恒的话题。古往今来,人们从未停止对时间的探索。时间是什么?时间究竟是真实存在的,还是我们的错觉?时间的起点在哪里,又将以怎样的方式结束?…只有科学的发展才能告诉我们真正的答案。
人类探索时间的种种见上一期:http://..com/daily/view?id=7986&preview=1
那么:为什么时间一去不回头?
和空间不一样,时间只有一个方向——从过去流向未来,从不回头。那么,时间之箭的起点在哪里?一条重要的线索来自大量粒子的复杂相互作用。对于任何宏观的系统,例如一池水或者一块冰晶,物理学家都可以用熵进行描述。熵反映出可以用多少种方式重组一个系统中的组成粒子,而不改变其整体外观。一池水中的水分子可以有许许多多种排列方式,这使得它成为一个高熵系统。而冰晶必须以非常精确的方式排列,重组的方式较少,因此其熵较低。
单从统计学来看,由于有更多的方式来构成,高熵系统出现的可能性总是较低熵系统更高。由此催生出物理学的强有力支柱:热力学第二定律。根据这一定律,宇宙的熵永远不会下降。你可能会想,这其中蕴藏着时间之箭的关键——从低熵到高熵的持续变化,正是我们所感觉到的从过去到未来的流逝。不幸的是,热力学第二定律并没有真正解决时间之箭的问题。它只是说,高熵态比低熵态更可能出现,并没有说5分钟后世界的熵一定会比5分钟前更高。
因此,解释时间之箭的唯一途径就是假设宇宙恰好始于一个极端小概率的低熵状态。如果不是这样,时间就会变被冻住,任何有意思的事情(例如我们)都不会发生。
事实上,观测证明宇宙确实始于低熵状态。宇宙大爆炸所遗留下的辐射为婴儿期宇宙提供了一张快照。它显示,在时间开始后不久,物质和辐射极其均匀地分布在整个宇宙中。乍一眼看去,这像是一个高熵系统,但是把引力纳入其中,就能发现事实并非如此。引力总是使得物质聚集到一起,因此在一个由引力支配的系统中,黑洞是一个更可能出现的状态,而且相对于均匀分布的状态,高熵态更容易出现。
既然均匀的低熵态是极端不可能出现的,那么我们是如何得到这份幸运的呢?宇宙学家这样解释:在时间开始之后的瞬间,宇宙经历了一个短暂却剧烈的膨胀期,这一被称为“暴胀”的阶段像拉扯橡皮膜一样拉伸空间,抹平了任何的不均匀性。然而,问题又出现了。被称为“暴胀场”的场驱动暴胀以正确的方式处理我们的宇宙,但它自己也是低熵的。这又如何解释呢?
一种可能是暴胀不止发生了一次。例如,暴胀场开始自一个混沌的高熵态——这种情况的可能性很大——以至于它会随着地点的不同而变化。产生我们均匀宇宙以及时间之箭的低熵暴胀,只不过是一个更大的高熵场触发的随机现象。这个场的一些部分具有诞生出类似我们的宇宙的合适条件,其他的则不适宜生命存在或者形成其他的宇宙。
事实上,对暴胀场的物理学研究证实,它会创生出更多的宇宙,并不可避免地导致无限的多重宇宙。至此,多股线索汇集到多重宇宙上,许多宇宙学家开始认真地对待这个想法。在多重宇宙中,一些宇宙具有时间之箭,而更多的则没有。前者是唯一一类可以形成生命的宇宙,而我们就出现在这类宇宙中。
尽管多重宇宙能解释时间之箭,许多谜题依然存在。例如,热力学第二定律如何与宇宙的量子特性相容?为什么人类的大脑只知晓过去而不是未来?将来,物理学家很有希望揭开这些关于时间的谜团——当然,前提是时间确实存在。
——科学画报
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7. 了解了熵和时间的关系后,时间旅行可能实现吗
时空旅行是所有人的梦想,而虫洞是可以实现时空旅行的,可以说,有了虫洞,几乎可以瞬移。关于虫洞穿越时空的“功能”,一些科学家认为虫洞既可以回到过去,也可以去往未来,而对于人类来说,是不可能实现光速飞行的,那么我们是否可以利用虫洞,实现时空旅行,回到过去从而改变历史呢?
对于虫洞,科学家们指出了理论上的可能性,但目前为止并未发现,也就意味着虫洞仍是一个伟大的假设。而关于改变历史的问题可以说人类物理学上属于世界级难题,是很难解决的,但是需要注意的是,一旦回到过去,你必须把刚刚讲到的“外祖父悖论”解决掉才行,否则永远也无法回到过去。
8. 2012年是不是世界末日
不是,未来一切都是偶然的,如果都知道了就不是偶然而是一定了,那未来就不是未来,而是历史,2012不是世界末日。
NASA——美国空间科技研究的权威终于有不在缄默的一天了,权威科学家出面辟谣证实2012年不是世界末日。 问: 2012年地球会受到什么威胁?很多网站都声称2012年12月是世界末日 答: 2012年不会发生任何坏事。 到目前为止我们的星球已经安稳度过了40亿年,而且全世界有威信的科学家都知道2012年不会发生任何坏事。 问:关于2012世界末日的预言的来源是何处呢? 答:这个故事开始于一个假象的行星-Nibiru,苏美尔人认为它最终会撞击地球。这个灾难发生的日期最初被认为是2003年5月,但是奇怪的是那一天什么也没发生, 所以这个“末日”的时间又被推迟到了2012年12月。然后这两个谣言就和古代玛雅人的2012冬至点日期联系在一起————从而加强了这个谣言的可信度 问:玛雅人的日历的最后一天真的是2012年12月吗? 答:这就好比你家厨房里的那个日历一样,12月31号是一年的最后一天, 玛雅人的日历计法中12月只有21天。 这一天是玛雅人日历中的大循环—但是就像你的日历会在明年的一月一号开始一样————新的一年还会开始。(并不代表世界就会终结,这里面是一种误解) 问:当行星都连接成一条直线的时候对地球有影响吗? 答: 在未来的几十年之内都不会有行星连接现象,地球也不会在2012穿过光子带(?),而且,即使行星出现了链接现象,它们对地球的影响是可以忽略不计的。 每年12月地球和太阳都会和银河系的中部连接成一条线但是从未发生任何异常现象。 问:到底有没有一颗叫NIBIRU或者叫X星,Eris的行星或褐矮星正在接近地球并对地球造成毁灭性的威胁? 答:关于NIBIRU和其他一些类似的谣言都是网络上毫无根据的传说。如果Nibir或所谓的X星是真实存在的而且正在接近地球,天文学家应该至少会在几十年前就发现他们的踪迹,而且会被人们用肉眼直接看见。事实证明,这些假想的行星是显然不存在的。Eris是存在的,但是它是一颗静止在太阳系外大小与冥王星相似的白矮星,它离我们最近的距离也要40亿英里(大约64亿公里) 问: 极点转移理论是什么?是地球在几天之内或几小时之内180自转吗? 答:地球的南北极点绝不会颠倒的。大陆漂移是真的(例如,南极在几亿年前是靠近赤道的),但是那和极点颠倒是没有关系的。即使这样,很多所谓的灾难网站总是拽出一大堆歪理邪说蒙骗人们。他们声称地球的自转和地球的磁极的关系不稳定,预示着平均每40万年就有一次的磁极颠倒。按照我们目前所知的信息来看,这种磁极的颠倒不会对地球上的任何生物造成伤害。而且磁极颠倒这样的是恐怕在未来的几千年里也不会发生。 问: 地球在2012年会有被彗星撞击的危险么? 答:地球受到流星与小行星的影响是常有的事,即使毁灭性的撞击也是非常少见。上一次毁灭性的撞击发生在6500万年前,那次撞击导致了恐龙的灭绝。目前 NASA的天文学家正在计划一项叫做“太空防御探测”的项目,目的是为了提前找出任何一个可能对地球构成威胁的小行星,直到目前我们已经确定没有任何小行星足以达到毁灭恐龙的尺度。 我们每天都会把这个项目的进度毫无保留的贴到网站上,这样你就可以知道2012年没有任何东西会被预言撞上地球。 问:NASA的科学家对待世界末日的传言是什么态度? 答:关于2012的灾难或者转折点的预言,有科学根据吗?有切实证据吗? 什么也没有,有的只是剧情化的假想,无论这些假想是出现在书籍中,电影中,或是纪录片中和网络上,这些现象我们无法改变。但是这里没有任何可信的事实为那些奇怪的假想提供有利的支持。 问:2012年预言中的巨型的太阳风暴对地球有威胁吗? 答:太阳活动有一个规律的周期,每11年达到一个高峰期。每当接近一个高峰时,太阳耀斑会造成卫星通讯中断,虽然我们的工程师知道如何建立电子保护装备抵挡太阳风暴,但是也会有少部分的特殊情况出现。但是这和2012年没任何关系。下一次的太阳活跃期是2012-2014年,是之前就预测好的太阳活动周期,和以往历史上的周期时间没任何出入。 总结:《2012》是一部经典大题材电影,其魅力在艺术层面是毋庸置疑的;但同时,2012年必然与我们度过的任何一年一样,所谓的“世界末日说”只是无稽之谈,大众切不可盲目,不要让自己的思想被一些别有用心的人所左右。
9. 时空理论是谁写的
时空理论的发展史
自从威尔斯提出“时间机器”的设想以来,许多科幻作家都对超时间旅行这一题材感兴趣。当然,除了威尔斯的启发之外,还有很多因素促进了这类科幻作品在本世纪的繁荣。首先,爱因斯坦所提出的相对论根本改变了传统的时间观念,使人们意识到时间的非线性,懂得时间可以压缩和延伸。天体物理学、物质结构学等领域的一系列重要发现,也推动着人类时间观念的变革。
英国物理学家泰勒指出:“宏观和微观的时间概念是迥然不同的”;另一位物理学家弗里特乔夫·凯普拉的解说更简单——时间“在宇宙不同的部分,流速不同”。据说,在黑洞附近的瞬间,可能相当于地球上的万古永世。由于我们居住的星球和宇宙其它地方存在不同的规律,可能还有复数的“时间”。这些见解,和科幻作品中对多时轨的描写有密切关系。“时光倒流”,这种科学上被认为不可能出现、作为论据以否定物体可被加速到比光运动得还快的现象,则为科幻作家所津津乐道。
第一本时间旅行的小说,大概是马克·吐温(1835~1910)写的《一个在亚瑟王廷的康州美国人》(,1889),故事是一个人在被击昏后,醒来时已在古代英格兰,还遇上了亚瑟王、梅林等人。这故事十分有名,造成类似的“回到过去”式故事风潮不断,至今不少电视剧在没题材时都会搬来再用,旧的比如MacGuyver(马盖先),新的如EarlyEdition(未卜先知、拯救未来),都干过这种事。
当时,“前往未来”式的故事不受注目,直到H.G.威尔斯写出《时间机器》(TheTimeMachine,1895),自从1960改编同名电影后,并将主角改为威尔斯本人之后,“威尔斯驾驶时间机器”的点子一直被重复使用,包括电影AfterTime(两世奇人,1979,根据KarlAlexander于1976年同名小说改编),还有电视剧LoisandClarke:ANewofSuperman(新超人,1993~96)。 在小说中,我们得到了一个关于时间旅行的定义定义。牛顿将时间比谕为“时间之箭”,只有不断前进。那么什么叫时间旅行呢?一般上,是“从当下的时间到达另一个不连续的时间”。《时间机器》的主人翁说:“时间与其他三个向度(长、宽、高)没什么不同,只除了们的意识乃沿着它前进。”
(There is no difference between TIME and any of the three dimensions of space except that our conciousness moves along it.)上,我们每一个人都是时间旅行者,不断往“未来”旅行。 接下来就让我们看看由无数先驱者提出的各种理论吧。
各种时空理论
Relativity(相对论): 爱因斯坦发表的相对论中,假设“光速绝对不变”,即使你的速率逼近光速,你所观测到的光依然以光速进行,你绝对追不上它,因为你的长度变短了,你本身的时间也变慢了。因此,进行光速宇宙旅行会是永不回头的时间旅行,就像电影“人猿行星”(PlanetoftheApes,1968。最近有重拍版)一般,太空人光速旅行了一段日子,地球却已过了数千年。
TheBigCrunch(大崩坠):宇宙自大霹雳创生之后,不断膨胀,如果宇宙是封闭的(密度大于临界密度),根据广义相对论,膨胀将停止,并开始收缩,时空逆转,于是一切发生过的事都会像倒带一般重来一遍?答案是不可能,因为“时间之箭”虽然回头,但一切条件经已不同。BlackHole(黑洞):根据相对论,宇宙中应有一种天体,连最高速的光线也无法自它的重力场逃脱。黑洞的超高重力导致了空间扭曲,它的出口可能是“白洞”,之间以“虫洞”(wormhole)连系,而出口之外可能是宇宙的另一处,也可能是另一个“子宇宙”。小说“接触”(Contact,1985,电影“接触未来”1997)便是利用虫洞进行宇宙旅行。如果黑洞中时间也扭曲了呢?于是,以黑洞进行时间旅行也不无可能。
QuantumTheory(量子理论)∶理论中,粒子有可能在有限机率下发生“穿隧效应”(Tunneleffect)或称“量子跳跃”(Quantumleap),因而穿透不可渗透的障碍物。利用这个理论,美国电视影集QuantumLeap(1989~1993,不输不知道怎么翻译)让主角身体的粒子“穿隧”的机率增加,终于发生了时间旅行。
RelativeTime(相对时间)orTheUniversalTimeFactor(宇宙时间系数)∶时间单位是咱们人类划定分割的,对宇宙而言并没意义。当你命令时间机器“回去五月八日上午十一时正”,它会搞不懂,除非你要它倒数“回去一万五千八百六十七秒”以前如此你需要一部能够分隔“时间”(这里指一个空间向度)的超级电脑,否则就只好眼睁睁看它运算过热而烧毁。如果要去未来呢?“前往六千秒后!”很好,当电脑带你去到那个未来,你会发觉你的手表也正好走了六千秒。
(宇宙绝对密度)orTheBucketFactor水桶系数)∶整个宇宙有一个密度,和谐而平稳。当你去到另一个时间,两个时间的宇宙都同时发生密度变化,现代宇宙少了一点,另一个宇宙多了一点,于是乎,发生失衡,轰! 这是主要的集中理论,当然对错与否,你是否认为是种伪科学,就智者见智了。
时间倒流之虫孔(WORM HOLE)理论
“因果律”时间旅行故事
最吸引人的是“因果律”,一旦时间旅行发生,因果律必定被扰乱。例如你回到太古时代,杀了一尾鱼,而它正好在演化树上是人类祖先,于是,现代社会中有一整批人消失了。时间旅行对因果会发生什么影响呢?理论有四:
理论A-Fate事实(CircularCausation循环因果):你企图回到过去拯救一个人的命,却发觉那人仍是无可避免的死了,甚至更糟的是,你回到过去的此一行为正是导致他死亡的原因!这个理论是四个理论中较合理的。
理论B-AlternateUniverse平行宇宙:回到过去,去救了一个人的命,结果回到现代时,发现其实一切都没改变!“量子理论”中,每一个可能的机率都可能产生另一个含有那个机率的宇宙,于是有许多“平行宇宙”。当你回到过去救了那人的命,你只不过创造了另一个平行宇宙,在那个宇宙中那人是活下来了,可是在你的宇宙中他本来就还是死的。但在最近李连杰的电影theone里似乎不是这么定义平行空间的,在其他宇宙的“我”死了能量由其他的“我”平分。关于平行空间,大家由兴趣的话可以去找找苏毅平的小说看。(一套有无数多本的,自成体系,叫网状时间理论)
理论C-Success成功:回到过去,而且杀了你的曾祖父。你真的成功杀了他吗?如果你成功了,你就不可能出生,因此也不可能回去杀了他,因此他就不会死,因此你会出生...?这是一个矛盾的理论,也是其中最不合理的。
理论D-ObserverEffect观察者效应:回到过去,并且成功改变了历史,但只有时间旅行者本身知道历史改变前后有什么不同。这个矛盾是在于,旅行者本身为什么不受影响?在这种情形下,当他回到已经改变后的现代,他可能成了一个陌生人。比如他回到过去杀了曾祖父,回到现代时,发现没有任何能证明他自身存在于这个世界上的纪录。
此外,还有一种说法,即灭亡论:对于现实,人们会问:“根据理论A和B,时空穿梭的存在是合理的,但是为什么我们从来没有遇到从未来来访的人呢?”人类的时间如果有足够多,或者说人类的历史足够长,那么很有可能人类最终能够掌握时空穿梭的技术回去影响历史,但事实上并没有看到这种迹象,为什么呢?有一种原因,即人类并未发展到掌握时空穿梭技术的文明程度就已经灭亡了;更糟的是,任何文明物种在并未掌握到时空穿梭的技术都灭亡了(恐怕任何文明物种都对历史有一种难以抗拒的好奇心,希望亲身前去看个究竟);也许,这项技术的掌握是一个过于漫长的过程,任何一个延续的文明都没有足够的时间来完成它。当然,历史发展的可能性有很多,或许未来人类已经到过我们的历史中,只是被人们当成了怪物或外星人。单就人类灭亡这种情形而言,并非没有可能,现代,来自人类自身的,如核威胁,以及人类行为之外的如行星撞地球,大火山喷发等威胁,随时都有可能将人类的时空穿梭之梦化为灰烬。这真是个令人沮丧的说法,但不用过于担忧,我相信现在凡致力于时空穿梭研究的科学家都不会赞同这个设想,否则他们后面的研究还有什么意义?
现在让我们集合一些事实(其实就是些电影)来分析一下:电影Terminator(1984,“终结者”)中,未来巨型电脑“天网”(Skynet)派机器人来现代,为的是杀死人类义军领袖的母亲,同时该领袖也派了部下来拯救母亲,没想到该部下与他母亲发生关系,怀孕了他这是理论A,不但没改变历史,反而完成了历史。在第二部(1991)中,前一部的机器人留下的手臂,引起高科技公司研究的兴趣,开发了“天网”的雏型。这也是理论A天网不但促成了反对它的人诞生,也造成了它自己的诞生。但是,故事最后,那只手臂被毁了!这马上成了理论C,手臂毁了,因此不会有天网诞生,也不会有人类义军,所以也不会有人派人来现代拯救母亲,那义军领袖也不会出生可是他们全都还存在!而且知道发生了什么事!所以,这也是理论D?因果法则或许成为内在限制,然而,人类想象力的无远弗届却也是你我的特权。
我们可以将此种“替人生作弊”的电影类型(无论剧中人物是否回到过去)加进时空理论的玄想,或许勉强可发现一扇较为合理的窗口。假设时空并非单一,有几种“预先”的可能。如果你选了A,展现在你眼前的将是A的人生;如果你选了B,B世界将立刻蹦现。这原是人类自由选择后的必然后果,每一次的“选择”都会在生命中展现某种“关键性”的作用;然而加进时空元素后,所有“必然性”的过去历史都在瞬间化为“可能性”,只要回到过去改变了一些重要事件,时空的连锁异变会从A历史转换为B历史,而且普遍于所有人,因为整组“记忆”在瞬间从A记忆转为B记忆;且这种记忆又预设了B的“真实”发生,因为关键人物亦可回到B历史的过去,甚至加以干涉。然而即使如此,逻辑矛盾似乎仍然存在。问题在于:过去中的“某一点”在那一点上究竟是往A亦或往B?因为同一点可能会被“未来”的某个力量干预,那么到底在“当时”的真相为何?其实,若依上述的非单一时空理论,我们可以这么说:不管当时的历史往A或往B,反正一定是往“某个方向”,而这个方向却非必然,因为人可以回到过去加以“干预”;而一旦干预成功,历史虽会转换跑道,却仍往“某个方向”进行,且这个方向表现在受影响者的记忆中。
事实上这几十年间有很多作家在因果律方面做了很多的艺术尝试,这里做一些推荐。
(1)改写历史在美国作家罗伯特·西尔弗伯格的科幻小说《绝不通融》里,二十八世纪时空保卫局的首脑马勒毫不留情地将数千名时间偷渡者送到月球上去禁闭,以防止他们所携带的病菌作乱,因为这一时代已经消灭了疾病,人们也相应丧失了对于任何病菌的抵抗力。当时人们还不能够进行双向时空旅行,可是,有一天马勒却意外地发现一个偷渡者使用的是双向时间装置。他好奇地摆弄这个装置,结果被送到过去一个可怕的时代。他好不容易才利用同一装置回到二十八世纪,却被时空保卫局的自动追踪器盯上了,被送往局长室,而坐在局长位置上的正是马勒,这个“绝不通融”的人自然会把任何偷渡者送往月球。可这个轮回究竟是怎么开头的呢?成了偷渡者的马勒百思不得其解。
(2)自我定位读读美国作家罗伯特·海因莱恩发表于一九五九年的科幻小说《“你们这些回魂尸——”》是有益的。作者设想一九九三年位于美国洛基地下城的时空劳工总部的一个工作人员(“我”),利用美国制造的坐标变换器来到一九七○年的纽约,结识了一个写忏悔故事的人,他二十五岁,本来是个双性人,当姑娘时的名字叫珍妮,未婚而有孕,生下的女婴被谎称为其叔的人偷走了,自己却动了手术变成男性。“我”答应帮助“未婚妈妈”找到玩弄过并抛弃了她(他)的男子。于是他们来到一九六四年的时空,“我”从医院的育婴室里偷走了婴儿,将她送到一九四五年的一家孤儿院。然后,“我”又到一九六三年的时空里找到了那个玩弄珍妮的男子,将他送到一九八五年的洛基地下城,要那儿的军士招募他参加工作。最后,“我”回到一九九三年的总部休息,说明“我知道我是从什么地方来的了”——原来,“我”就是珍妮!不仅如此,“我”也是一九四五年那家孤儿院里的婴儿、一九六三年那个未婚而受孕的姑娘、一九七○年那位写忏悔故事的男子。更有甚者,“我”同时是窃走婴儿的“叔叔”,是玩弄了珍妮的男子,是被押送到一九八五年的洛基的那个家伙。因此,在角色的意义上,我既是母亲、父亲,又是儿子、女儿。这些矛盾纠葛,都是在“我”所扮演的不同角色之间发生的。荒谬固然荒谬,但是,“我知道我是从什么地方来的了——可是你们是从什么地方来的呢,你们这些回魂尸?”加了着重点的引文,是作者借主人公之口的发问,答案自然是要由读者来作出的。
(3)互相作用在时间中旅行的人,很可能会遇到以往的自己、将来的自己,作为第三者观看甚至干预以往的自己同周边环境的互动,或者作为第三者窥见甚至干预将来的自己和其环境的相互作用。而这样做本身是否会影响到现在的自己呢?美国作家罗恩·克拉特的《逆时旅行寻根记》则描写莎蕾·坦布鲁克小姐租用时间机器人“螺蛳壳”,带上男友蒂姆,回到过去的时空里探宝。当他们发现了藏宝的地点之后,再回到现在的时空里来探寻。这些作品都肯定不同时代的自我相互影响的可能性。以上分析中所说的“自己”,也可以替换为“他”,换言之,我们同样可以进入过去或未来的时代旁观甚至参与当时的人们的生活,这样做本身会不会改变当事人的命运呢?诸如此类的问题,对于在高度理性的教育下成长起来、充满务实精神的人来说,自然不成问题,因为它们目前根本不存在;但是,二十世纪高科技以及科幻小说所熏陶出来的新一代人,熟悉这类问题并且对它们津津乐道,就没有什么好奇怪了。
(4)时空漏洞南斯拉夫作家戈兰·赫德克的科幻推理小说《戒指》却是别具匠心的。作者回避了时间旅行的具体手段,却利用时间旅行的可能性构想了这样的情节:主人公“我”作为科学家,不仅拥有并能驾驶时间机器,而且利用新技术五分钟内就在计算机帮助下学会了古荷兰语,回到十七世纪,在调味品与黄金等值的阿姆斯特丹,以一品脱的干胡椒就换得了一枚钻石戒指,将它带回二十世纪。“我”不愿在寻找新的珠宝商这件事上费心思,于是总是去找同一位珠宝商,只不过每次都比前一次提早一小时,这样,对“我”来说,这位珠宝商自然是熟悉的老交情,而对珠宝商本人来说,来买戒指的“我”每次都是新顾客。而且,“我”每次来,都是买同一种(准确地说,是同一个)戒指,而同一个戒指居然可以售出多次!回到二十世纪之后,“我”同时销出了九十四个一模一样的钻石戒指,发了大财,而对此大感怀疑的检察官即使得知真相,也对“我”无可奈何。通过时间旅行来从事“投机”买卖,算是致富新方吧!
结论
时间旅行至今还没有显露其现实可能性。尽管如此,提出这一观念是了不起的。总的说来,人类虽然还缺乏超时间旅行的实践,但却已经在幻想中畅游时间的长河,由此而产生的科幻作品就其内容而言是丰富多彩的。当然,从幻想到现实之间,而我们已知的任何主体都是一个过程(因为生命本身就有过程性)。换言之,旅行者本身存在于时空之中,并随着时空的改变而改变,如果旅行者超越自然时间的节拍而向未来世界运动,必然立即以相应的加速度趋于衰老,并在超过一定界限后死亡;如果旅行者逆转时间的方向而向过去世界运动,那么,必然立即以相应的速度变得幼小,甚至进入诞生前的状态。这样,旅行者就不再是原来意义上的主体,也就无法完成相应的旅行。从威尔斯提出关于“时间机器”的设想以来,人们并没有在制造这种机器方面取得任何实质性进展。与此相应,科幻作家们在自己的作品中对此往往也语焉不详。事实上,这类机器本身同样摆脱不了时移法则的制约。人们是否能够克服上述难题而使自己不仅能在空间自由旅行、而且获得超时间旅行的自由,历史的发展终将给出答案。