为什么时间只朝一个方向前进

为什么时间只朝一个方向前进？

2019年12月07日  天文在线

 

为什么时间只能沿单向推移？为什么人们不能回忆未来？如果时间能够倒流，一个事件的结果会先于起因出现吗？打碎的鸡蛋碎片还能黏到一起回到我手中成为完整的鸡蛋吗？

 

时间只能向前流逝的特性使得人们不得不经历一种令人痛苦的情绪：遗憾。人类从他们的长矛第一次错过猎物是就开始思考这个问题，但直到最近，物理学家们才逐渐明白为什么时间不能倒流。

 

时间的起源

 

爱因斯坦过去曾认为宇宙没有开始；他认为宇宙是一种静止的，一成不变的存在。但事实上，我们的宇宙不仅有开端，并且也不是静止的，而是以指数级膨胀的。爱因斯坦称这是他所犯的“最大的错误”。现代科学认为宇宙始于“大爆炸”。另一方面，正是因为宇宙持续膨胀，我们才能看见黑暗的夜空，而不是到处都填充着星光的天幕。

 

但是，爱因斯坦关于时间的可伸缩性的观点是正确的。他关于以不同加速度运动的物体的时间的伸展与收缩的观点是正确的。他发现，对于高速运动的物体，无论是在星际飞出船里还是在一颗大质量星体的引力范围内，其时间的流逝相对于低速运动的物体慢很多。他发现，时间不是绝对的，而是相对的。

 

时间是相对的。

 

现在，由于对于以光速运动的人来说时间流逝的非常缓慢，当你结束在宇宙中的高速旅行返回地球时，你会惊讶的发现你已经穿越到了未来。但是，时间只能向前流逝的本质不会改变，对于你来说，虽然时间流逝的非常缓慢，但它仍然是向前流逝的。要想停住时间甚至回到过去，我们必须以光速运动甚至超过光速。但这违背了宇宙的基本定律。那么，我们如何解决这个悖论呢？

 

热力学第二定律

 

根据热力学第二定律，在一个独立的系统中，熵只能不断增加。熵是衡量一个系统混乱程度的指标。我们把时间流逝的方向作为向前的方向，也即是熵增加的方向。

 

热力学中的独立系统指不受外力作用，不与外界发生能量交换的有限的空间。如果你不清洗一个密闭空间中的水槽里的脏盘子，它就会变得越来越脏。在这个被人忽略的水槽中-这样一个独立的系统中-混乱程度将持续加重。

 

使混乱变得有序需要消耗能量。然而，根据热力学第一定律，没有任何一台机器能达到100%的效率，总是有一部分能量会被自身吸收转换为内能消耗掉。例如，一辆汽车无法将汽油燃烧产生的所有能量用于使它运动，总有一部分能量会被引擎自身吸收。因此，要想使一个独立的系统变得有序，就会另周围环境的混乱程度增长。由于我们的宇宙是一个独立的系统，无法从外界获得能量，因此它的熵只能持续增加。但为什么时间流逝的方向与熵增加的方向一致？

 

我们测量时间意味着时间是一个虚构的概念，但是利用环境的混乱程度测量时间不仅解释了它的客观性质，而且解释了它的主观起源。为了理解这一点，举一个一般化的例子，将人脑的记忆比作点脑的记忆，尽管至两个概念不能完全混为一谈，如果电脑不能记住过去，而是未来，那我们就可以在股票市场发财了。

 

新生儿的神经网络是全新的。电脑在晶体管中登记信息；相似地，新生儿在神经元中登记信息。然而，大脑以神经元为单位通过一系列的生化反应行使功能，但是我们知道这个过程中有一部分能量会转化成热能消散到周围环境中，使宇宙中的混乱程度增加。

 

熵随着时间推移增加

 

随着宇宙中越来越多类似的事件发生，越来越多的能量消散到周围环境中。新生儿的记忆中储存了大量的事件，他的过去，随着混乱程度线性地增加。不是时间随着熵增加，而是我们测量时间的方向与熵增方向一致！这解释了为什么热力学与心理学中时间向相同的方向流逝。

 

然而，还有一个关于时间方向的问题我们还没有讨论到：为什么时间随着宇宙膨胀向前推移？

 

时间随宇宙膨胀逐渐向前推移

 

时间随与宇宙膨胀逐渐增加的原因和热力学与心理学中时间向相同的方向流逝的原因相一致-随着宇宙膨胀混乱程度增加。宇宙更倾向于混乱而不是有序。宇宙中的大多数原子无序地结合在一起，只有少数原子无序地结合在一起。

 

熵

 

然而，熵随宇宙膨胀而增加是建立在宇宙是由均匀有序逐渐向非均匀无序的方向演变的基础上的。现代科学认可这一观点，大爆炸模型也验证了这一观点。那么，当宇宙开始收缩时会发生什么呢？

 

当引力大于使其膨胀的力是，宇宙将开始逐渐坍缩，并最终坍缩成一个点。虽然这一事件在数十亿年内都不会发生，但其意义值得探讨。当宇宙开始坍缩的同时，熵会逐渐减少，从而引起时间倒流吗？经过这一过程的人类能够突然产生对未来的记忆吗？他们能看到鸡蛋从破碎变得完整吗？

 

斯蒂芬霍金曾持这一观点，直到他的学生指出他像爱因斯坦一样犯了一个严重的错误。他谦逊地承认了自己的错误，目前科学界公认，即使宇宙开始收缩，熵仍然是持续增加的。然而，在这一阶段中，由于混乱程度过高可能会对生命产生毁灭性打击。试想一下，我们通过扰乱或降低周围环境的有序性来“创造”或产生有序的能量。当我们的周围环境变得完全无序是会发生什么？我们将再也无法从周围环境获取能量。

 

水桶

 

我们通过使宇宙的有序性降低来获取有序的能量。

 

我们可以说我们的种族是非常幸运的。我们能在宇宙膨胀阶段存在看起来是非常幸运的。尽管大爆炸理论暗示“神”的介入。

 

如果那一天风大一些，或者土壤坚硬一些，花可能不会诞生。相似地，如果宇宙的环境稍有不同，能够提出“为什么时间只能向前流逝”的智慧生命可能也不会诞生。我们以这种方式观察宇宙是因为如果宇宙的条件稍有不同，我们就不会在这儿观察它了。这被称为人择原理。我知道虽然这一说法看起来有些玩世不恭并且难以理解，但是看起来这就是真理。除非我们能找到证据来推翻它。

 

我们以混乱增长的方向测量时间是因为我们生活在宇宙膨胀阶段，这一阶段适应于智慧生命。但在坍缩阶段这一切都不会发生，因为在坍缩阶段生命将无法测量时间。

 

最后，物理学家已经计算出13.7亿年前大爆炸发生时为时间的起点。当无论是何种神秘的力量引起大爆炸是时间就已经存在了吗？时间真的是永恒的吗？我们看到宇宙就像俄罗斯套娃，一层包含着一层，从其他事物中产生新事物。供选择的条件是深不可测的，不是我们的智力能够想象的。