時間簡史The Arrow of Time－9

The Brief History of Time—Stephen Hawking

 

9－The Arrow of Time

 

直到這個世紀初，人們一直相信時間是絕對的，也就是說，兩個事件之間的時間一定是絕對和固定的。但是相對論卻告訴我們，每一個人都有他自己的時間，兩個事件之間的時間在不同人的眼裏並不一致，時間具有人的主觀性。

 

我們的科學原理同時適用於過去和未來，更確切地說，根據C,P和T三規則，科學原理同樣適用於粒子和反粒子（C），粒子自身和鏡麵形象（P），粒子運動的正方形和反方向。但是為什麽在我們現實生活中，時間的正方向（未來）和它的反方向（過去）會如此不同？想象一下， 當一個茶杯從桌子上掉下來的時候，我們記住的是時間正方向發生的事件，即茶杯被摔壞，而不是時間反方向的事件，即摔壞的茶杯碎片從地上升起，重新組合成一個茶杯。

 

這是因為熱動力學的第二原理禁止那樣發生。熱動力學第二原理認為，一個封閉係統的紊亂度（entropy）隨時間不斷增加，這個原理應用在我們生活中也叫做Murphy’s Law：事情總是出錯！

 

上麵所說的紊亂度隨時間而增加就是時間具有方向性的一個例子，時間的方向性把過去和未來區分開來。時間最少具有3個方向：1，時間的熱動力學方向，就是紊亂度隨時間遞增；2，時間的心理性方向，這個方向讓我們感到時間的流逝，我們記住的是過去，而不是未來發生的事件；3，時間的天體性方向，也就是說，時間的天體方向是宇宙天體不斷向外擴展的方向，而不是未來階段宇宙收縮的方向。

 

我們在上一章講過宇宙沒有邊界，如果同時結合人類原理的弱定律理論，就能很好地解釋為什麽時間的3個方向都指向同一個方向，並且，為什麽這3個方向一定存在。我個人認為時間的心理方向由熱動力學的時間方向決定，因而這兩者總是指向同一方向。如果認可無邊界理論，我們看到在整個宇宙的曆史進程中，熱動力學的時間方向和天體時間方向並不總是一致。然而，我想要說的是，隻有在熱動力學和天體的時間方向一致的條件下，生物和人類才有適合生存的空間。

 

熱動力學說，隨著時間的流逝，紊亂度增加。譬如一個在盒子裏的完整拚圖，如果搖晃盒子，隨著時間的增加，拚圖會越來越雜亂。如果上帝想把宇宙最終發展成一個有秩序的狀態，那麽宇宙的紊亂度會隨著時間而減少。那樣，我們就會看到茶杯碎片從地上升起，重新組合成一個茶杯的反向過程，也就是說，我們會記住事件的未來而不是過去，這跟我們的實際經驗恰恰相反。

 

當我們的大腦想記住某事的時候，大腦和人體需要消耗掉一部分能量，以熱量的形式散發，而這個熱量的散發，跟有序的記憶相比，大大增加了對環境的紊亂度。所以心理時間方向由大腦中的熱動力時間方向決定，這樣，我們記住的是茶杯被打碎的過程，而不是碎片形成茶杯的反過程。

 

根據萬有引力的量子力學，宇宙是有限的但是沒有邊界，也沒有singularities（奇點）。那麽時間的起點就是一個有規則的光滑的起點，宇宙在這一點上開始向外平滑有序地擴展。但是按照不確定原理，並不是每個地方都是平滑有序的，它的密度會有細微的波動，而正是這個波動，增加了紊亂度，從而形成了我們今天所看到的天體，銀河係和星球。所以在宇宙的擴張階段，熱動力學的時間方向和天體的時間方向是一致的。

 

在宇宙曆史的後半部分即收縮階段，紊亂度已基本達至飽和，已經沒有明顯的熱動力學的時間方向，由於人類的生存需要一個強力的熱動力學的時間方向，因此根據人類原理的弱定律理論，宇宙的收縮階段已不再適合人類和其他生物的生存。

 

所以人類隻存在在宇宙的擴張階段！