赠书 | 太图网上读书会 • 第675期——太图之声-《时间的秩序》6
2020年11月20日 16:49:56内容简介:
为什么我们记得过去,而非未来?时间“流逝”意味着什么?是我们存在于时间之内,还是时间存在于我们之中?卡洛•罗韦利用诗意的文字,邀请我们思考这一亘古难题——时间的本质。在我们的直觉里,时间是全宇宙统一的,稳定地从过去流向未来,可以用钟表度量。可卡洛•罗韦利向我们揭示出一个奇怪的宇宙,在这里,时间的特质一一坍塌,在很基本的层面上,时间消失了。他告诉我们,我们对时间流逝的感知,取决于我们的视角......
作者简介:
卡洛•罗韦利,意大利理论物理学家,圈量子引力理论的开创者之一。曾在美国、意大利工作,现在法国带领量子引力研究小组。他对科学哲学、科学史也颇有研究,长期在《24小时太阳报》《共和国报》等意大利报纸上发表文章。
我们发现这些量中的一些相对于其他在规律地变化:天数、月相、地平线上太阳的高度、钟表指针的位置。把这些当作参照点很有用:比如下次满月后的第三天,太阳在最高点时,我们见面。或者明天时钟指向4:35时我来找你。如果我们可以找到足够多彼此同步的变量,就可以用它们来表示时间。
没有必要从这些变量里挑出一个特殊的量,然后把它命名为“时间”。如果想进行科学研究,我们需要的是一种理论,可以告诉我们这些变量相对于彼此如何变化,也就是说当其他变量变化时,某个变量会怎样变化。世界的基本理论必须这样来建构,并不需要时间变量,只需要告诉我们事物相对于彼此变化的方式,也就是告诉我们这些变量之间的关系是怎样的。
量子引力的基本方程就是这样构建的,其中不包含时间变量,而是通过指出变量之间的可能关系来描述世界。
模糊的起源——量子不确定性,以及物理系统由无数分子组成这一事实,都是时间的核心。时间与模糊密切相关。模糊是由于我们不知道世界的微观细节。物理学的时间,从根本上讲,是我们对世界无知的体现。时间即无知。
我们关于现实模糊与不确定的图景确定了一个变量,即热学时间,它具有特定的奇怪的性质,与我们所说的“时间”有了相像之处:它与平衡态有着恰当的联系。
热学时间与热力学密切相关,因此与热量有关,但它与我们体验的时间还不太像,因为它没有区分过去和未来,没有方向,缺少我们所说的流动。我们还没有达到我们自身体验到的时间。
无论我们人类有什么特殊之处,具体说来,我们只是自然的一分子,只是宇宙这幅宏伟壁画的一部分,只是和其他众多部分一样的一小部分。
在我们与世界的其余部分之间,存在着物理相互作用。很明显,并非所有变量都与我们或我们所在的那部分世界相互作用。只有很少的变量会有影响,绝大多数根本不会有什么影响。它们不会记得我们,我们也不会记住它们。世界的不同状态对我们来说似乎是等价的,这就是其中的原因。
我们对世界的视野之所以是模糊的,是因为我们所处的这部分世界与其余部分之间的相互作用会无视很多变量。
这种模糊是玻尔兹曼理论的核心。从这种模糊之中,热量与熵的概念诞生了。而这些与具有时间之流特征的现象紧密相连。
在遥远的过去,世界的熵在我们看来非常低,但这也许没有反映出世界的准确状态,也许只考虑了我们作为物理系统相互作用过的变量的子集。我们与世界之间的相互作用,以及描述世界所用的一小部分宏观变量,会产生模糊,正是由于这种显著的模糊,宇宙的熵才很低。
这一事实开启了一种可能性:也许并不是宇宙在过去处于一种特殊状态,也许其实是我们,以及我们与世界的相互作用,才是特殊的。是我们决定了特殊的宏观描述。宇宙最初的低熵,以及时间之矢,也许更多源于我们,而非宇宙本身。基本的理念就是如此。
对于时间之矢,恐怕情况也是类似的。我们作为物理系统的一部分,宇宙最初的低熵也许是由于我们与宇宙特殊的相互作用的方式。我们是宇宙某些方面很特殊的子集,正是这点确定了时间的方向。
同样,在宇宙无限的种类里,可能会有一些物理系统,它们通过一些特殊的变量与世界其他部分相互作用,定义出初始的低熵。对这些系统来说,熵在不停增加。在那里,而非其他地方,存在着与时间流动相关联的典型现象:生命,进化,思想,以及我们对时间流逝的感知,都成为可能。在那里,苹果生长,产出我们的苹果酒:时间。这甜美的果汁中蕴含了所有的美食以及生命的滋味。
在进行科学活动时,我们想要以尽可能客观的方式描述世界。我们尽力消除源自于自身视角的扭曲与错觉。科学渴求客观,希望能够在有可能达成一致的事情上得到统一的观点。
这很让人钦佩,但我们需要留意的是,如果忽视了进行观察的视角,我们也会失去一些东西。在急切追求客观性的同时,科学千万不能忘记,我们对世界的经验来自世界内部。我们给世界投去的每一瞥都来自一个特殊的视角。
把这一事实考虑在内,就可以阐明很多事情。
这就是哲学家所谓的“指示性”:一些词语的特点是,每次使用时都具有不同含义,由地点、方式、时间和说出的人决定。推动世界的不是能量,而是熵。真相是有很多能量,而且没有被消耗掉。在地球附近,我们有着丰富的低熵源——太阳。太阳的低熵来自何处呢?原来,太阳诞生于一个熵更低的状态,形成太阳系的原始星云甚至有着更低的熵,如此,一直向过去追溯,直到宇宙最初极低的熵。正是这个熵的增加驱动了宇宙的伟大故事。
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本周我们开始分享卡洛•罗韦利所著的作品《时间的秩序》,让我们跟随卡洛•罗韦利一起思考这一亘古难题—时间的本质。
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