近期热门的精选读物《第一推动丛书·弦理论之争系列》,幽默有趣非常动人!(17)
2023-07-21 来源:旧番剧
这些现象使我们确信,从外部(如图5.1所示)观测整个时空的话,我们将看到时间轴具有明显的不对称性。鸡蛋已经破碎的那个世界在时间轴的一端——传统上我们将其称为未来——而对应着的另一端就是鸡蛋尚未破碎的世界。
或许最显而易见的例子是,我们的意识可以存储被我们称为过去的许多事情——这就是所谓的记忆——却没人能够记住被我们称为未来的事情。因此,很显然,过去和未来之间存在着很大的不同。各种各样的事情在时间的长河中总是沿着确定的方向发生。我们能回忆起的事情(过去)和不能回忆起的事情(未来)之间有着明显的区别。这就是为什么我们会说时间具有方向性或有一个箭头。
物理学和广义上的科学,都以规律为基础。科学家们研究自然,发现规律,并用自然定律来解密这些规律。因而,你可能会认为,使我们清楚地感受到时间之箭的各种各样难以计数的规律性,意味着存在这样一条基本的自然定律。构建这样一条定律最笨的办法就是引进溢出牛奶定律或破碎鸡蛋定律,前者说的是牛奶溢出来就不会自己再汇聚起来,后者则是鸡蛋破碎就不可能再自己聚集起来形成一个完整的鸡蛋。但这样的定律对我们毫无用处:它只是描述性的,只是简单地说明观测到发生了什么,而无法提供任何解释。但我们期盼着物理学最深奥的领域中存在着某种不这么傻的定律,我们可以用它来描述组成比萨、牛奶、鸡蛋、咖啡、人和星球的粒子——组成一切事物的基本成分——的运动和性质,这个定律将会告诉我们事物为什么会按照某种特定的顺序演化而不能反过来。该定律将给予我们所观测到的时间之箭一个基本解释。
但令人头疼的是没有人发现这样的定律。而且,从牛顿到麦克斯韦,到爱因斯坦,他们所发现的物理定律,以及今天的所有物理定律,都显示出过去和未来之间存在着一种完美的对称性
过去、未来和基本物理定律
怎么会这样?物理定律没有提供用以区分过去和未来的基础吗?为什么会没有物理定律能够解释事件只能按这种顺序发展而不能逆过来呢?
这种情况更令人迷惑。众所周知的物理定律实际上声明——与我们的生活经验相反——奶油咖啡可以分离成黑色的咖啡和白色的奶油;破碎的蛋黄和破碎的蛋壳能自己聚集起来形成一个完美光滑的鸡蛋;室温下水杯中已融化的冰可以重新形成冰;你打开苏打水时放出来的气体可以自己返回瓶中。我们现今所知的所有物理定律都完全支持所谓的时间反演对称性。这种对称性说的是,如果事件可以按照某种时间顺序发展(奶油和咖啡混合,鸡蛋打碎,气体溢出),那么这些事件也可以按照相反的方向发展(奶油和咖啡分离,鸡蛋完好如初,溢出的气体回到瓶子里)。简短地用一句话来总结就是,物理定律不仅没有告诉我们事件只能按某种方向发展,而且还从理论上告诉我们事件可以向相反的方向发展。