时间简史The Arrow of Time－9

The Brief History of Time—Stephen Hawking

 

9－The Arrow of Time

 

直到这个世纪初，人们一直相信时间是绝对的，也就是说，两个事件之间的时间一定是绝对和固定的。但是相对论却告诉我们，每一个人都有他自己的时间，两个事件之间的时间在不同人的眼里并不一致，时间具有人的主观性。

 

我们的科学原理同时适用于过去和未来，更确切地说，根据C,P和T三规则，科学原理同样适用于粒子和反粒子（C），粒子自身和镜面形象（P），粒子运动的正方形和反方向。但是为什么在我们现实生活中，时间的正方向（未来）和它的反方向（过去）会如此不同？想象一下， 当一个茶杯从桌子上掉下来的时候，我们记住的是时间正方向发生的事件，即茶杯被摔坏，而不是时间反方向的事件，即摔坏的茶杯碎片从地上升起，重新组合成一个茶杯。

 

这是因为热动力学的第二原理禁止那样发生。热动力学第二原理认为，一个封闭系统的紊乱度（entropy）随时间不断增加，这个原理应用在我们生活中也叫做Murphy’s Law：事情总是出错！

 

上面所说的紊乱度随时间而增加就是时间具有方向性的一个例子，时间的方向性把过去和未来区分开来。时间最少具有3个方向：1，时间的热动力学方向，就是紊乱度随时间递增；2，时间的心理性方向，这个方向让我们感到时间的流逝，我们记住的是过去，而不是未来发生的事件；3，时间的天体性方向，也就是说，时间的天体方向是宇宙天体不断向外扩展的方向，而不是未来阶段宇宙收缩的方向。

 

我们在上一章讲过宇宙没有边界，如果同时结合人类原理的弱定律理论，就能很好地解释为什么时间的3个方向都指向同一个方向，并且，为什么这3个方向一定存在。我个人认为时间的心理方向由热动力学的时间方向决定，因而这两者总是指向同一方向。如果认可无边界理论，我们看到在整个宇宙的历史进程中，热动力学的时间方向和天体时间方向并不总是一致。然而，我想要说的是，只有在热动力学和天体的时间方向一致的条件下，生物和人类才有适合生存的空间。

 

热动力学说，随着时间的流逝，紊乱度增加。譬如一个在盒子里的完整拼图，如果摇晃盒子，随着时间的增加，拼图会越来越杂乱。如果上帝想把宇宙最终发展成一个有秩序的状态，那么宇宙的紊乱度会随着时间而减少。那样，我们就会看到茶杯碎片从地上升起，重新组合成一个茶杯的反向过程，也就是说，我们会记住事件的未来而不是过去，这跟我们的实际经验恰恰相反。

 

当我们的大脑想记住某事的时候，大脑和人体需要消耗掉一部分能量，以热量的形式散发，而这个热量的散发，跟有序的记忆相比，大大增加了对环境的紊乱度。所以心理时间方向由大脑中的热动力时间方向决定，这样，我们记住的是茶杯被打碎的过程，而不是碎片形成茶杯的反过程。

 

根据万有引力的量子力学，宇宙是有限的但是没有边界，也没有singularities（奇点）。那么时间的起点就是一个有规则的光滑的起点，宇宙在这一点上开始向外平滑有序地扩展。但是按照不确定原理，并不是每个地方都是平滑有序的，它的密度会有细微的波动，而正是这个波动，增加了紊乱度，从而形成了我们今天所看到的天体，银河系和星球。所以在宇宙的扩张阶段，热动力学的时间方向和天体的时间方向是一致的。

 

在宇宙历史的后半部分即收缩阶段，紊乱度已基本达至饱和，已经没有明显的热动力学的时间方向，由于人类的生存需要一个强力的热动力学的时间方向，因此根据人类原理的弱定律理论，宇宙的收缩阶段已不再适合人类和其他生物的生存。

 

所以人类只存在在宇宙的扩张阶段！