第23章 时间箭头(2) (2/2)
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导,部分是由于与地球表面的类比引起的。如果人们将宇宙的开初对应于北极,那么宇宙的终结就应该类似于它的开端,正如南极之与北极相似。然而,南北二极对应于虚时间中的宇宙的开端和终结。在实时间里的开端和终结之间可有非常大的差异。
我还被我做过的一项简单的宇宙模型的研究误导,在此模型中坍缩相似乎是膨胀相的时间反演。然而,我的一位合作者,宾夕法尼亚州立大学的唐·佩奇指出,无边界条件没有要求收缩相必然是膨胀相的时间反演。我的一个学生雷蒙·拉夫勒蒙进一步发现,在一个稍复杂的模型中,宇宙的坍缩和膨胀非常不同。我意识到自己犯了一个错误:无边界条件意味着,事实上在收缩相时无序度继续增加。当宇宙开始收缩时或在黑洞中,热力学和心理学时间箭头不会反向。
当你发现自己犯了像这样的错误后该如何办?有些人从不承认他们是错误的,而继续去找新的往往相互不协调的论据为自己辩解——如爱丁顿在反对黑洞理论时之所为。另外一些人首先宣称,从来没有真正支持过不正确的观点,如果他们支持了,也只是为了显示它是不协调的。在我看来,如果你在出版物中承认自己错了,那会好得多并少造成混乱。爱因斯坦即是一个好的榜样,他在试图建立一个静态的宇宙模型时引入了宇宙常数,他称此为一生中最大的错误。
回头再说时间箭头,余下的问题是:为何我们观察到热力学和宇宙学箭头指向同一方向?或者换言之,为何无序度增加的时间方向正是宇宙膨胀的时间方向?如果人们相信,按照无边界设想似乎隐含的那样,宇宙先膨胀然后重新收缩,那么为何我们应在膨胀相中而不是在收缩相中,这就成为一个问题。
人们可以在弱人存原理的基础上回答这个问题。收缩相的条件不适合智慧人类的存在,而正是他们能够提出这个问题:为何无序度增加的时间方向和宇宙膨胀的时间方向相同?无边界设想预言的宇宙在早期阶段的暴胀意味着,宇宙必须以非常接近为恰好避免坍缩所需要的临界速率膨胀,这样它在很长的时间内才不至于坍缩。到那时候所有的恒星都会烧尽,而在其中的质子和中子可能会衰变成轻粒子和辐射。宇宙将处于几乎完全无序的状态,这时就不会有强的热力学时间箭头。由于宇宙已经处于几乎完全无序的状态,无序度不会增加很多。然而,对于智慧生命的行动来说,一个强的热力学箭头是必需的。为了生存下去,人类必须消耗能量的一种有序形式——食物,并将其转化成能量的一种无序形式——热量,这样智慧生命不能在宇宙的收缩相中存在。这就解释了为何我们观察到热力学和宇宙学的时间箭头指向一致。并不是宇宙的膨胀导致无序度的增加,而是无边界条件引起无序度的增加,并且只有在膨胀相中才有适合智慧生命的条件。
总之,科学定律并不能区分前进和后退的时间方向。
然而,至少存在三个时间箭头,将过去和将来区分开来。它们是热力学箭头,这就是无序度增加的时间方向;心理学箭头,即是在这个时间方向上,我们能记住过去而不是将来;还有宇宙学箭头,也即宇宙膨胀而不是收缩的方向。我指出了心理学箭头本质上应和热力学箭头相同。宇宙的无边界设想预言了存在定义得很好的热力学时间箭头,因为宇宙必须从光滑的有序的状态开始。并且我们看到,热力学箭头和宇宙学箭头的一致,乃是由于智慧生命只能在膨胀相中存在。因为在收缩相那里没有强的热力学时间箭头,所以不适合智慧生命的存在。
人类理解宇宙的进步,在一个无序度增加的宇宙中建立了一个很小的有序的角落。如果你记住了这本书中的每一个词,你的记忆就记录了大约200万单位的信息——你头脑中的有序度就增加了大约200万单位。然而,当你读这本书时,你至少将以食物为形式的1千卡路里(1热化学卡=4.184焦)的有序能量,以对流和出汗释放到你周围空气中的热量的形式,换成为无序能量。这就将宇宙的无序度增大了大约20亿亿亿单位,或大约是你头脑中有序度增量——那是如果你记住这本书的每一件事的话——的1000亿亿倍。我试图在下面各章再增加一些我们头脑的有序度,解释人们如何将我描述过的部分理论结合在一起,形成一个完备的统一理论,这个理论将适用于宇宙中的任何东西。
导,部分是由于与地球表面的类比引起的。如果人们将宇宙的开初对应于北极,那么宇宙的终结就应该类似于它的开端,正如南极之与北极相似。然而,南北二极对应于虚时间中的宇宙的开端和终结。在实时间里的开端和终结之间可有非常大的差异。
我还被我做过的一项简单的宇宙模型的研究误导,在此模型中坍缩相似乎是膨胀相的时间反演。然而,我的一位合作者,宾夕法尼亚州立大学的唐·佩奇指出,无边界条件没有要求收缩相必然是膨胀相的时间反演。我的一个学生雷蒙·拉夫勒蒙进一步发现,在一个稍复杂的模型中,宇宙的坍缩和膨胀非常不同。我意识到自己犯了一个错误:无边界条件意味着,事实上在收缩相时无序度继续增加。当宇宙开始收缩时或在黑洞中,热力学和心理学时间箭头不会反向。
当你发现自己犯了像这样的错误后该如何办?有些人从不承认他们是错误的,而继续去找新的往往相互不协调的论据为自己辩解——如爱丁顿在反对黑洞理论时之所为。另外一些人首先宣称,从来没有真正支持过不正确的观点,如果他们支持了,也只是为了显示它是不协调的。在我看来,如果你在出版物中承认自己错了,那会好得多并少造成混乱。爱因斯坦即是一个好的榜样,他在试图建立一个静态的宇宙模型时引入了宇宙常数,他称此为一生中最大的错误。
回头再说时间箭头,余下的问题是:为何我们观察到热力学和宇宙学箭头指向同一方向?或者换言之,为何无序度增加的时间方向正是宇宙膨胀的时间方向?如果人们相信,按照无边界设想似乎隐含的那样,宇宙先膨胀然后重新收缩,那么为何我们应在膨胀相中而不是在收缩相中,这就成为一个问题。
人们可以在弱人存原理的基础上回答这个问题。收缩相的条件不适合智慧人类的存在,而正是他们能够提出这个问题:为何无序度增加的时间方向和宇宙膨胀的时间方向相同?无边界设想预言的宇宙在早期阶段的暴胀意味着,宇宙必须以非常接近为恰好避免坍缩所需要的临界速率膨胀,这样它在很长的时间内才不至于坍缩。到那时候所有的恒星都会烧尽,而在其中的质子和中子可能会衰变成轻粒子和辐射。宇宙将处于几乎完全无序的状态,这时就不会有强的热力学时间箭头。由于宇宙已经处于几乎完全无序的状态,无序度不会增加很多。然而,对于智慧生命的行动来说,一个强的热力学箭头是必需的。为了生存下去,人类必须消耗能量的一种有序形式——食物,并将其转化成能量的一种无序形式——热量,这样智慧生命不能在宇宙的收缩相中存在。这就解释了为何我们观察到热力学和宇宙学的时间箭头指向一致。并不是宇宙的膨胀导致无序度的增加,而是无边界条件引起无序度的增加,并且只有在膨胀相中才有适合智慧生命的条件。
总之,科学定律并不能区分前进和后退的时间方向。
然而,至少存在三个时间箭头,将过去和将来区分开来。它们是热力学箭头,这就是无序度增加的时间方向;心理学箭头,即是在这个时间方向上,我们能记住过去而不是将来;还有宇宙学箭头,也即宇宙膨胀而不是收缩的方向。我指出了心理学箭头本质上应和热力学箭头相同。宇宙的无边界设想预言了存在定义得很好的热力学时间箭头,因为宇宙必须从光滑的有序的状态开始。并且我们看到,热力学箭头和宇宙学箭头的一致,乃是由于智慧生命只能在膨胀相中存在。因为在收缩相那里没有强的热力学时间箭头,所以不适合智慧生命的存在。
人类理解宇宙的进步,在一个无序度增加的宇宙中建立了一个很小的有序的角落。如果你记住了这本书中的每一个词,你的记忆就记录了大约200万单位的信息——你头脑中的有序度就增加了大约200万单位。然而,当你读这本书时,你至少将以食物为形式的1千卡路里(1热化学卡=4.184焦)的有序能量,以对流和出汗释放到你周围空气中的热量的形式,换成为无序能量。这就将宇宙的无序度增大了大约20亿亿亿单位,或大约是你头脑中有序度增量——那是如果你记住这本书的每一件事的话——的1000亿亿倍。我试图在下面各章再增加一些我们头脑的有序度,解释人们如何将我描述过的部分理论结合在一起,形成一个完备的统一理论,这个理论将适用于宇宙中的任何东西。