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赠书 | 太图网上读书会 • 第676期——太图之声-《时间的秩序》7

2020年11月23日 09:20:17


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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。






宇宙熵的增加并不迅速,它不像盒子里的气体突然爆炸那样,它是渐进的,需要时间。即便有个巨大的汤勺,要搅拌宇宙这样大的东西,也需要时间。

可以说整部宇宙史都由这种断断续续的或急剧的熵增组成,既不迅速也不均匀,因为一切会一直陷在低熵里,直到某样东西把大门打开,让熵增过程出现。熵增本身也会打开新的大门,由此熵继续增加。比如,山里的水坝可以存水,直到它随着时间推移逐渐损坏,水会再流到山下,使得熵增加。在这个毫无规律的过程中,宇宙中或大或小的部分会在相对稳定的状态下保持孤立,并且可能会持续很久。

生物也由类似错综复杂的过程组成。光合作用把来自太阳的低熵储存在植物里,动物则“进食”低熵。在每个活的细胞内,化学过程的复杂网络都是个可以开关大门的结构,低熵可以由此增加。分子的功能是扮演让过程交织在一起的催化剂,或是反过来阻碍这些过程。每个单独过程的熵增使得整体能够运转。生命就是熵增过程的网络,这些过程可以作为彼此的催化剂。有时人们会说,生命会产生特别有序的结构,或是在局部熵会减少,这些说法并不正确。生命仅仅是分解与消耗食物低熵的过程,它的结构本身就是无序的,和宇宙其余部分一样。

即便最平淡无奇的现象都由热力学第二定律掌管。石头会落到地面,为什么呢?人们经常解读说,这是因为石头会把自己置于“较低能量的状态”,因而最终会停在较低位置。但为什么石头会让自己处于较低能量的状态呢?如果能量是守恒的,为什么它会失去能量呢?答案是当石头撞击地球时,会加热地球:它的机械能会转化为热量,并且热量无法收回。如果热力学第二定律不存在,如果热量不存在,如果微观聚集不存在,石头就会永远反弹下去,永远不会停下来。

让石头停在地面以及让世界运转的,是熵,而不是能量。

宇宙的形成就是个逐渐无序的过程,就像那副牌,一开始有序,洗牌之后变得无序。并没有一双巨大的手在洗宇宙这副牌,它自己就能进行混合,在逐步混合的过程中,各部分之间会开启与关闭,并进行相互作用。广阔的区域会一直维持有序的状态,直到到处都有新的通道开启,无序由此扩散开来。

让世界上的事件得以发生的,让世界书写其历史的,是万物不可遏止的混合——从少数有序的状态变为无数无序的状态。整个宇宙就像一座缓慢倒塌的山,像个逐渐瓦解的结构。

从最微小的事件到更复杂的情况,都是这一不断增加的熵的舞蹈。

熵在过去比较低这一事实导致了一个重要结果,它对过去与未来之间的区别十分普遍也很关键:过去会在现在留下痕迹。

痕迹到处都有。月球上的坑证实了过去的冲击,化石展现出很久以前生物的模样,望远镜可以证明星系在过去有多远,书本记载着我们的历史,我们的脑海中充满记忆。

存在的是过去的痕迹,而非未来的痕迹,仅仅是因为过去的熵比较低。不可能有其他原因,因为过去与未来之间区别的唯一来源就是过去的低熵。

我们启程的时候,时间的形象还是我们熟悉的样子:在整个宇宙中均匀统一地流逝,一切都在这个过程中发生。在我们的观念中,整个宇宙都存在一个当下,一个“现在”,它构成了现实。对每个人来说,过去是固定的,已经过去,已经发生了。未来是开放的,还未确定。现实从过去流到现在,流向未来——在过去与未来之间,事物的演化本质上是不对称的。我们认为,世界的基本结构就是这样。

这幅熟悉的图景已经土崩瓦解,证明它只是一个更为复杂的现实的近似物。

在目前已知的最基本层面,几乎没有什么与我们所经验的时间相似。不存在一个特殊的“时间”变量,过去与未来之间没有差别,不存在时空。我们仍然知道怎样写出描述世界的方程。在那些方程中,变量相对于彼此演化。这个世界不是“静止的”,也不是一个一切变化都是假象的“块状宇宙”。恰恰相反,我们的宇宙是事件的世界,而非物体的世界。

这是此段旅程的去程,驶向一个没有时间的宇宙。

回程是一种尝试,试图搞清楚我们的时间感知是如何从这个没有时间的世界中出现的。

“时间”变量是描述世界的变量之一,是引力场变量中的一个。因此,在许多我们可以谈论的时间里,最终只能谈论一个——我们经验的时间:均匀、统一、有序。这是作为人类从我们的特殊视角对世界做出的近似、近似再近似的描述,我们人类依赖于熵的增加,被固定于时间之流。

这就是我们的时间:具有多种独特属性的多层次复杂概念。而这些属性源于各种不同的近似。

无论如何,真正令人难以置信的普遍事实是,世界的时间结构不同于我们看到的那幅幼稚图景。这幅图景适用于我们的日常生活,却不适用于理解世界的精微皱褶或其辽阔。它很可能甚至不足以帮助理解我们自身的本质,因为时间之谜与我们个人身份之谜、意识之谜交织在了一起。

无穷的混合游戏带来的宝贵奇迹已经为我们开启,让我们得以存在。我们可以回去,把自己宁静地浸入时间——浸入我们有限的时光——去品味时光每一次飞逝的强烈震颤和我们短暂存在中的宝贵时刻。





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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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