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讀書隨筆:時間的秩序

 書蟲小記 2022-01-19

科普暢銷作者、理論物理學家卡洛·羅偉利寫的量子引力學視角下的時間結(jié)構(gòu)科普小冊子——更像是一篇有關(guān)時間的散文。正好我們可以從物理學角度來驗證一下之前的《為什么佛學是真的》。

羅偉利研究的領(lǐng)域是量子引力場論,這是一個最基礎的領(lǐng)域,相當于佛學所說的空和無的領(lǐng)域。什么東西都經(jīng)不起細分,物質(zhì)分解為分子和原子,原子分解為基本粒子,基本粒子分解為振動,振動分解為場,場最終分解為相互作用——interaction,到最后,除了相互聯(lián)系和作用,什么都沒有——沒有我們?nèi)粘S^念中的那個“本質(zhì)”,獨立于世界其他部分的本質(zhì),沒有。

從理論物理學來看,時間與空間一樣,都可以劃歸為錯覺——illusion領(lǐng)域。并沒有一個事物叫時間的,在那里均勻的,無情的流逝,沒有這樣一個結(jié)構(gòu)。早在兩千多年前的赫拉克利特們,就琢磨出來過,時間的本質(zhì)是變化,時間不過是我們發(fā)明出來度量變化用的。

在伽利略和牛頓的體系里,時間是按照我們?nèi)粘S^念那樣,不變的,一去不返的,均勻地流淌。絕大多數(shù)物理學公式里,時間都沒有被表達過——唯獨一個,△S0,熵增定律,或者說物理學第二定律,表達出了時間的概念——對于一個物理系統(tǒng)而言,熵——也就是衡量系統(tǒng)的無序狀態(tài),總是在遞增的。一個火把終究要熄滅,一個恒星終究會塌縮,有機生命體終究要被分解——有序終究走向無序和混沌。這就是時間的公式。

當然,羅偉利指出,從最基礎的場論來看,所謂熵增定律,也不過是我們所接觸到的這個宇宙的特點——完全有可能還有其他的宇宙,不存在熵增,從而也就不存在我們所經(jīng)歷的,時間只有一個方向,一切都是按照從有序到無序演化的規(guī)律性。

比較有意思的就是有關(guān)時間的數(shù)學“偏序”問題。以我們的家族親戚輩分為例。實際上可以有很多種輩分之間的聯(lián)系,尤其是放大到家族群里,經(jīng)常會存在我們得叫親族里一個小孩“叔叔”的現(xiàn)象。就如下圖所示,從EA,ATTP是一個傳承序列,也有可能存在一個ERRP的序列。

對于這種情況,我們往往采取所謂“直系父輩”這種方式,即只認我的親生父親的關(guān)系,就像圖中的A,那是T的親父,那么EP的關(guān)系,就是曾祖輩份的關(guān)系,而不是祖輩的關(guān)系。這就是偏序。

這個簡單的邏輯,其實隱含了非常深刻的時間結(jié)構(gòu)問題——時間并不是均勻分布的,也有偏序關(guān)系。

比如,我們常識中的時間是這樣的:

左邊是時間延續(xù),從t+1一直下去,每一段都是相等的時間,時間與時間的邊界是平行線。這是常規(guī)視角下的時間。

然而實際卻不是這樣的。我們之所以會覺得時間如上圖一樣平行相等,是因為我們的運動速度相比光速而言,實在是太慢了——慢就意味著模糊不清,就意味著我們看事物實際上是非常粗糙和大概的。隨著速度增加,越來越快,實際上時間會是這樣:

也就是從上面的矩形,邊緣逐漸傾斜,如果速度越來越快,以至于能稍微接近光速,則矩形會變成沙漏型。沙漏的上下兩個圓錐體,就是所謂的光錐。兩個光錐的頂尖處,就是當下的我們,我們的過去,實際上是非常有限的一個范圍——以光速為限,光速所能達到的區(qū)域,才叫我們概念中的過去和未來。

“現(xiàn)在”這個概念為例,放大到宇宙尺度,什么是“現(xiàn)在”?現(xiàn)在我正在看書,此時,遠在3光年以外的飛船上的人,我能見到他正在做的事,對于他而言,其實是3年前發(fā)生的事。發(fā)現(xiàn)沒有,其實解析下去,沒法確定什么是現(xiàn)在,哪怕是我和我同一個辦公室人的現(xiàn)在,其實也有極其細微的時間差異,只不過我們很難察覺到而已。換句話說,現(xiàn)在對于我而言,是獨一無二的。

所以,以光速為尺度,就知道時間并沒有均勻覆蓋到全部宇宙,在光錐之外就是不可知的領(lǐng)域。

進一步,上面說到了每個人都不一樣,因為每個人都處于相對運動中,不論是在宇宙中,還是在地球上,每個人的相對速度都不一樣。根據(jù)愛因斯坦的狹義相對論,在海灘上的人,與爬到珠穆朗瑪峰上的人,所經(jīng)歷的時間也是不一樣的,海灘上的人的時間,要比山頂上的人的時間更快。離地面越遠,時間會更慢。隨著技術(shù)進步,現(xiàn)在科學家們也可以在低速狀態(tài)下,探查到處于不同速度狀態(tài)下的時間差異了——事實上,地球衛(wèi)星上的鐘點,就要靠相對論來進行調(diào)整——衛(wèi)星上的時間過得比地球上要慢。

相對論認為,質(zhì)量會改變、扭曲空間與時間,正是因為質(zhì)量存在,所以萬有引力會把直線運動變成橢圓運動,也因為質(zhì)量存在,光會偏離直線傳播,時間也會發(fā)生彎曲。所以,時間不是均勻分布的,空間中每個點的時間都不是一樣的,而是這樣的:

如果加上引力的作用,引力就像一陣風吹過時間的珠簾一般,引起各個點上時間的震動:

如果有黑洞存在,會把其周圍的時空扭曲成這樣,吸引向中心:

在黑洞邊緣很有意思,光錐的邊界可以與黑洞平齊,這個時候如果在時間之內(nèi),從過去到現(xiàn)在到未來,不論怎樣也難以逃出黑洞邊緣,即便是以光速行進,也一樣還是在邊緣。唯有從“現(xiàn)在”這個點,才有可能走出黑洞。有意思吧?——這就是25歲時的愛因斯坦,頭腦中的時間的模樣!

時間不過是一個個事件而已,世界也是這樣,沒有什么擁有本質(zhì)的物質(zhì),物質(zhì)不過是持續(xù)變化的事件的一個斷面。不論是鉆石,還是流水,他們都是一系列事件。

事件也不過是一片混沌中的相互作用而已。在量子層面的世界里,不存在擁有質(zhì)量的一個個的點,相互碰撞出火花這樣的事件。任何事件的發(fā)生本來就是虛無縹緲的相互作用——電子的行為,只有在第三方觀察下,才會塌縮為一個具體的事件。沒有一個事件是獨立發(fā)生,不會與其他方面發(fā)生相互作用的

那么像時間這個東西的方向性,或者說偏序結(jié)構(gòu),是怎樣形成的呢?誰造成的呢?那當然不可能是我們?nèi)粘3叨鹊氖澜缢懿樵兊玫降模仨毤毞?,細分到普朗克量?/span>——10-33這個量級,世界才會展現(xiàn)出它可能真實的一面——正有點像不斷放大的顯示屏幕一樣,看起來美麗的畫面,放大到一定程度,就成了一個個像素點。只有到了量子級別,才可能探究到我們認為的平滑的時間曲線的特點。羅偉利指出,有可能來源于量子的非對稱性和量子行為的特異性。

所謂非對稱性,是指對于電子這類基礎性粒子,無法同時確定它的位置和動量——海森堡測不準原理,你能確定它的位置,就無法確定它的動量,反過來也一樣。這樣就會產(chǎn)生一個從不確定到確定的順序問題——順序就是時間的起點之一。特異性則是指不同粒子行為的特點,有的粒子是獨來獨往的,比如光子,有的粒子喜歡成對集群行動,比如電子。粒子行為的特異,左旋或右旋,導致事件的特異,從而產(chǎn)生偏序結(jié)構(gòu)。這又是時間的起點之一。

從這樣看來,完全沒有時間的宇宙也是可能的。羅偉利的研究組把世界細分和拆解到了抽去時間,不需要時間存在的,只有場的相互作用的狀態(tài)——他形容,簡潔、平靜的世界之基,一如佛陀所說的那個寂靜的境界。

時間,熵增定律,其實是我們這個特殊宇宙的偏序結(jié)構(gòu),并不是宇宙的普遍特征。時間的光錐是有限的,包括我們所說的“現(xiàn)在”,我們都可以依據(jù)相對論,劃出“現(xiàn)在”的范圍,它實際上只包括了一個很小的領(lǐng)域,更不用說我們概念中的過去和未來。

看這本小冊子時,同時也在看羅伯特·懷特的為什么佛學是真的。同樣感受到理論物理學所探究出來的世界的樣子,與佛學猜想到的世界的樣子的共通之處——世界沒有本質(zhì),“我”自己也沒有本質(zhì),物理學把空間切分成了基本粒子,把粒子分解為振動,把振動分解為場,把時間切分成光錐,佛陀把空間切分為芥子,把時間切分為剎那,把意識切分為阿賴耶識,都發(fā)現(xiàn)沒有最終的本質(zhì)點,只剩下了一個東西——interaction,interrelation,關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡。有了關(guān)聯(lián),就有事件,有了事件,就構(gòu)成空間與時間的世界。

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