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!(18)

2023-07-21 来源:旧番剧
但重要的问题是,为什么我们从没有看到这样的事情发生呢?我敢打赌一定没有人亲眼看见打碎的鸡蛋聚集起来恢复成原样。但是如果物理定律允许这种情况存在,而且这些定律平等地对待打碎的鸡蛋和未打碎的鸡蛋的话,为什么一种情况从未发生而另一种情况总是发生呢?
时间反演对称性
解决上述谜团的第一步需要我们更为扎实地理解已知物理定律为什么满足时间反演对称性。为了这个目的,这样想象一下:现在是25世纪,你与你的搭档库斯托克·威廉姆斯在新的星际联盟打网球。由于不太习惯金星上较小的引力,库斯托克用力过猛,一个反手将球打到了深不可测的漆黑星空中。一架正在经过的太空飞船拍摄到了飞驰而过的球,并把胶片送到了CNN(星际新闻网)
上文中,我们一直在使用这样一个假设,即,没有力作用于网球,因而网球是匀速运动的。现在我们把力加进去考虑一些更普遍的情况。根据牛顿定律,力的作用将会改变物体的速度:力意味着加速度。做了上述的假设后,我们再来看看网球的情况:网球在空中飞行时,由于受到木星引力的作用,向下加速运动,朝着木星表面向右划出一段美丽的弧线,如图6.1(a)和图6.1(b)所示。如果你逆着放这段运动的底片的话,网球将向上加速运动,因而会朝远离木星的方向划出一道弧线,如图6.1(c)所示。现在有了个新问题:底片所描述的逆向打网球的运动——实际上所拍摄到的运动的时间反演运动——是经典物理学定律所允许的吗?这种运动会在真实的世界中发生吗?乍看之下,答案显然是肯定的:网球的运动轨迹既可以是向右下的弧线,又可以是向左上的弧线,或者是数不清的其他轨迹。
那么,困难之处到底在哪?这个嘛,虽然答案确实是肯定的,但推演过于草率而忽略了问题的真正内涵。
当逆向放映片子时,你会看到当网球撞击到木星时,会以相同的速度(但以完全相反的方向)远离木星,朝左上的方向运动。片子的最初部分显然与物理定律相一致:举个例子来说,我们想象一下,某人在木星表面以该速度击出网球就符合这种情形。关键的问题在于,逆向运动的其余部分是否与物理定律相一致。以该初速度击出的网球——在受到木星向下的引力的作用下——实际上会沿着片子其余部分中所描述的逆向运动的轨迹运动吗?运动反过来之后,它会顺着原始的向下的轨迹运动吗?
这些更为精练的问题的答案是肯定的。为了避免混淆,我们先把它讲清楚。图6.1(a)中,在木星的引力产生有效作用之前,网球是纯向右运动的。图6.1(b)中木星的引力有效地作用于网球,产生一个将它拉向地心的力——正如你在图中所看到的,引力的方向大部分是竖直向下的,不过也有一部分是向右的。这就意味着,当网球接近于木星表面时,它向右的速度将会略微有所增加,而它向下的速度将会增加得非常多。因此,在逆向放映的片子中,从木星表面击出的网球会略微向左主要向上运动,如图6.1(c)所示。木星的引力将对网球向上的速度产生重要影响,使它越来越慢,同时也会减慢球向左的速度,只是没有那么夸张而已。随着球向上的速度的迅速减少,它速度的方向将主要向左,进而使得向上的弧线的运动轨迹偏左。接近弧线的末端,网球向上的速度和在下降过程中因木星引力而产生的额外的向右的分速度,将在引力作用下变为零,此时球以原始大小的速度向左运动。
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