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你有时间简史吗,不如我讲给你听

 

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“虫洞”概念图

时间是啥?

是一种容易被感知,却很难定义的东西。

那种感觉就像用尺子量裤长很容易,但却回答不了“长度的本质是什么?”。

时间是人为定义的过程变化的量度。在爱因斯坦之前,时间也只是作为一个参数出现在物理公式中。直到爱因斯坦的相对论,指出时间的流逝速度并非绝对不变的,而是会受引力场影响的变量。

美国动画《RickandMorty》S02E01

这算是时间认知上的一次突破,要知道自古以来,人们都认为时间的流逝是亘古不变的铁律。失去了不可再得到,时间才显得异常珍贵,即所谓“一寸光阴一寸金,寸金难买寸光阴”。人们对时间的不变性的有着极高的崇拜,将时间拜为神明。现代的漫威体系、克苏鲁神话体系中,仍习惯将“时间”作为宇宙最高神明之一。

但如果时间是可以变快、变慢,甚至可以逆转,你还会像往常一样珍惜时间吗?

四维时空观

时间不可孤立讨论,作为衡量空间中运动的量度,没有了运动的实体,就没有讨论时间的必要;没有时间,也不可能探讨运动。时间与空间是一个统一整体,称为“时空”,或者说“四维时空”,包含三个空间维度和一个时间维度。

我们无时无刻不生活在这“四维时空”中,不过从上帝视角观察“四维时空”更有意思。

现在假设你在家安置了监控摄像头,能拍到客厅的全景。你想查看这一个月以来客厅的监控记录,于是在电脑上你用鼠标快速拖动播放器的进度条,于是这一个月以来,整个客厅的人来人往都被你在很短时间内看得明明白白。

这个例子就描述了四维时空的整体样貌。在四维时空里记录着每分每秒的三维空间,就像监控录像的画面显示着每一时刻的三维世界,而进度条就是时间维度。拖动时间维,就可以看到某一时刻的三维空间,将所有时刻的三维空间作为一个整体,即是四维时空。

改变时间

现在的你已经能理解四维时空的整体形貌了,我们再来了解一些时空的特性。

电影《星际穿越》片段

上面讲到爱因斯坦认为人对时间的感受不是绝对的,而是相对的。比如你可能会希望比同龄人更年轻,让自己的时光慢一些,理论上是可以做到的。你可以进入一个强引力场,例如黑洞周围(参考诺兰的电影《星际穿越》),相对于地球上的小伙伴,你的时间将流逝得更慢。等你返回地球会发现,你觉得才离开1天,地球却已过去了10年,真的会感受到“到乡翻似烂柯人”。

时间有方向吗?可以逆转吗?——时间的箭头

热力学说不可逆,但其实不一定伦敦大学教授彼得·柯文尼的著作《时间之箭》,从物理层面讨论了时间的可逆性。

力学与电磁学都允许时间可逆,就像你把苹果往天上抛与苹果从天下掉下来,若不考虑空气阻力,其运动轨迹、速度曲线都是完全相似的,不过是运动的方向相反而已。因此你是无法根据运动轨迹判断苹果究竟是下落还是上升的。

但奇妙的热力学例外。将墨水滴在清水中,墨水会逐渐撒开,最后整杯水是均匀的淡墨色,却从没有人见过墨水会反过来聚成一滴吧。加在咖啡里的牛奶,最后也会与咖啡完全混合在一起,想把里面的牛奶再提纯回收就很难很难了,就是所谓“泼出去的水收不回来”嘛。这便是热力学第二定律的力量,事情总是会朝着某一特定的方向发生,不能逆向进行。盘子掉到地上摔碎了是常事,但碎成渣的盘子碎片沿着原来的轨迹拼回完好的盘子,最后又上升飞回到桌上,这种假设是不会发生的。事件的发生有一定方向,即意味着我们在时间维度上前行也是有确切方向的。

热力学第二定律阻止了时间逆行!

但是,如果深入谈论的话,热力学第二定律作为宏观统计规律,并不阻止局部的熵减过程。也就是说,在浩大的宇宙系统中,并不阻止局部发生时间逆转!时间再次失去方向。

因果律说时光倒流不存在的,惨遭打脸不过热力学并不孤独,因果律也是禁止时间逆行的。如果时间可以逆行,因果律就会崩盘。而我们的认知基础仍然存在,似乎也表明时间没有逆行。

关于因果律的限制,参考著名的祖父悖论。

电影《回到未来》

假设一个小明的故事:

小明在年发明了时间机器,便回到了60年前的祖父家,小明会告诉祖父某一期的彩票号码,让祖父拿大奖,但条件是祖父必须一辈子单身(为了避免凶杀惨案)。问题来了,如果60年前的祖父在小明监督下真的做了绝育手术,真的不能生育后代,那小明的爸爸也不会存在,继而60年后的年也将不存在小明。那小明既然在年压根不存在,又是谁回到过去让祖父绝育的呢?

这就是祖父悖论(的非暴力版本),其中无法调和的矛盾,实质上杜绝了回到过去的可能性。

只可惜因果律并没有撑太久,现在已发展出多个版本的时空理论,可以在回到过去的前提下,不违背因果律。比如平行宇宙理论(也称多重宇宙理论),我们看下这次的祖父会演变成什么样。

为了便于计算,小明依旧在年发明了时间机器,回到了60年前的祖父家,小明让祖父拿了大奖,但条件是祖父必须绝育。祖父做完了绝育手术,小明并不会消失。这是因为穿越时间的同时也必然穿越平行宇宙,小明回到的是60年前的另一个宇宙,这里遇见的祖父并不是自己的亲生祖父。所以这个宇宙的祖父没有后代,不会影响到来自另一个宇宙的小明。这便是平行宇宙理论对于“祖父悖论”的解答。

换言之,因果律阻止回到本宇宙的过去,但并未阻止回到另一宇宙的过去。

看来人生还是不要留下遗憾的好,就算时光倒流,你也不能遇到同一个故人。

平行宇宙与薛定谔的猫

美国动画《RickandMorty》S02E01

我想薛定谔会是平行宇宙理论的支持者,因为该理论可以放置他无处安放的量子态猫。

关于薛定谔的这一思想实验,原子处于衰变与不衰变的叠加态是可以为大家所接受的,但薛定谔将原子的衰变与猫的性命绑定在一起,微观现象转变为宏观现象了。按照量子理论的解释,箱子里关着一只处于死与生叠加态的猫,就是说猫既是死的也是活的,这显然是违反常理的!他提出这个佯谬就是想反驳量子力学的概率解释,毕竟在宏观现实中并不存在概率的东西,只有活猫或者死猫,没有中间值。

而平行宇宙理论可以化解这个矛盾,一个现实里不可能同时存在两种状态的猫,那弄两个平行现实不就结了?薛定谔把猫放进箱子里后,相当于宇宙分裂成了两个,其中一个宇宙中的猫是活的,另一个宇宙的猫是死的。如果你打开箱子看到的是活猫,表明你身处活猫的那个宇宙。反之意味着你正身处猫死的宇宙,另一平行宇宙的你看到的则是活猫。

按照这个理论,每一次掷6面骰子,都产生了6份宇宙。如果你摇到了3点,表明“你”的意识正处于“摇到3点”的宇宙。当然,还有剩余5个你,分别活在另外5个宇宙呢。

这种理论看起来非常浪费资源,每一次选择就相当于分裂并进入其中一个宇宙,从大爆炸至今,该有多少种可能性,多少次选择啊?但这样一种产生平行宇宙的过程,却不能被我们感受到,实在是匪夷所思。

也有另一可能,宇宙初始就是无穷多个的,我们现在所做的每一次可能性,初始宇宙都已经帮我们预备好了一个平行宇宙,可以安放所有的可能性。

如果宇宙爆炸之初就已为我们准备好了所有的可能,我们所有的“决定”其实不过是误打误撞进入其中一个平行宇宙的过程,自由意志还真的存在吗?这就进入对“决定论”的探讨了,想想更为细思极恐!

这里是软软,我们下期再见。


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