时间的秩序与真相

2019-06-21 11:34
美国

爱因斯坦说,时间是人类的一种幻觉。

在他的广义相对论(发表于1916年,距今已有一个多世纪)中,他预测时间在“高处”比在“低处”接近地面的位置流逝得更快。如果一个住在山脚的人相隔多年以后遇到住在山顶的孪生兄弟,他会发现他的兄弟年纪比他稍长一些。同理,如果你仔细比对,你会发现放在地板上的钟比桌子上的钟要走的慢一点。

Credit: Loel Barr for NIST

那么这两个钟,哪一个显示的是真实的“时间”呢?

1971年,物理学家Hafele和天文学家Keating主持了著名的“原子钟实验”。他们将四个铯原子钟安装在飞机上,以不同的方向环绕地球飞行。结果证明,飞机上的钟表与地面上的钟表显示的时间不同。但原子钟上测量到的差异微乎其微,一般人很容易忽略这个时间的差异。

我们的确很难感受到,宇宙中的一切都在运动的状态中,一切物质都在经受地心引力的作用。时间随着质量和速度的变化而变化,在宇宙中的每一个点,时间都是不同的。

物理学并不描述事物在一个统一的时间中如何演化,而是描述事物在它们自己的时间中如何演化,以及时间相对于彼此怎样演化。爱因斯坦的广义相对论中不存在单一的时间,而是有无数的时间。《时间的秩序》(The Order of Time) 作者卡洛·罗韦利说,时间不是一个指挥官,指挥着一个排的士兵同时前进,它是一个由彼此影响的事件组成的网络。

《时间的秩序》

[意]卡洛·罗韦利著

杨光译

出版日期:2019年6月

物理学家卡洛·罗韦利以他在圈量子引力理论方面的成就闻名,同时他也是一位畅销书作家,他的著作《七堂极简物理课》被译成四十一种语言,英文版销量超过100万册,至今仍是销售最快的科普书之一。在新书《时间的秩序》里,罗韦利再次向读者展示了他对物理学的极大热忱,他用诗意的文字,邀请读者思考这一亘古难题——时间的本质。

在本书的第一部分,卡洛·罗韦利总结了现代物理学的状态,在第二部分中,他描绘了一个没有时间的世界,本书的最后也是最重要的部分“时间的来源”,带领读者探索时间的基本组成要素。

为了保证没有博士学位的读者也能看懂,罗韦利并没有从学术角度长篇大论,在《时间的秩序》整本书中,他只提到了一个简单的公式:ΔS≥0

它是热力学第二定律:热量只能从高温物体传到低温物体,而非反过来。罗韦利在书中称这个公式为“时间之矢”,因为它是“区别过去与未来”的唯一公式。在这非同寻常的公式背后,隐匿了整个世界。

Credit: WIRED

在有热量的地方,时间之矢才会出现。很多科幻小说和电影中描绘的“时间倒流”令人着迷,然而在物理学中,时间与热量的联系是根本性的:每当过去与未来的差别显现,都会有热量参与其中。如果一个过程倒过来看很荒谬,那么一定是有东西被加热了。

卡洛·罗韦利举了一个简单的例子:如果一段影片中有一只球在滚动,我无法分辨影片是正常放映还是在倒放。但是如果球停了下来,我就知道是正着播放的,因为倒放的话,这就是不可能发生的事:球自己动起来了。球减速到最终静止下来,是由于摩擦,摩擦生热。只有在有热量的地方,才会有过去与未来的差别。例如念头,从过去延展至未来,而非反之——实际上,思考也会在我们的大脑中产生热量。

罗韦利认为,时间的典型特征接连被证明只是由于我们的视角而产生的错误理解,就像我们从前以为地球是平的或太阳绕着地球旋转一样。我们知识的增长导致了“时间”这个概念的逐渐瓦解。

因而,我们也就产生了对于“时间”的种种疑问:

时间是自主独立存在的,还是一种人类创造出来用于量度事物变化的方式?

我们口中的“现在”是真正的“现在”吗?

为什么有时感觉几小时瞬间飞逝,有时连几分钟都过的很缓慢?

……

罗韦利在书的最后说道——

我们几乎不知道我们所见的世界与世界本身的关系。

我们知道自己其实是近视,只能勉强看到物体辐射的巨大电磁波谱中一个微小的窗口。

我们看不到物质的原子结构,看不到空间的弯曲。

我们看到的自洽世界,只不过是从我们与宇宙的接触中推断出来的。

读了这本书后,也许你对“时间”会有全新的理解。

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——赫尔曼·黑塞

(本文原载于“企鹅图书”公众号:penguinbooks)

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