各抒意见：一篇反对《时间的轮回》中CCC观念的洋博文

译者：郑 中

从大爆炸到宇宙鞭炮（连珠炮）

    方程就不介绍了。科普编写者告诉我们，加入本书中的每个方程都具有它流行的图像。如果这是真的，那么罗杰*彭罗斯先生最近在美国发行的《时间的轮回》，我可保证至少卖掉一份；如果当编写者减掉一半数方程，应该卖几十亿本。

    根据彭罗斯在2004年出版的《通向实在之路》，他显示出能够模糊教材与科普著作之间的界限。当阅读“之路”和“轮回”时，就像聆听彭罗斯自己在说话。彭罗斯不避开深刻的解释，而是钻入数学物理学的优美之中。彭罗斯大胆地将旋量（spinor）、扭量（twistor）、克利福德代数和共形图解等，呈现给一般读者。我知道没有其它科普作者敢迈入这个领域。
      然而，读者可能疑惑谁是彭罗斯的听众。个人最容易发现本书中数学太密集。冷漠的读者将喜欢霍金的《大设计》，胜过彭罗斯的数学大部头《时间的轮回》。另一方面，物理学家对彭罗斯的科普著作提出严重批评，并对他的异端邪说置之不理。而其它科普作家把默认普通观念视为理所当然，并在他们科学领域中持不理解的态度；彭罗斯的目标完全是使读者相信他的最新理论。特别是《时间的轮回》一书中，他的目的就是解释他的共形轮回宇宙学（CCC）模型。这不是轻松的小任务。

彭罗斯的发明（顺时针）：彭罗斯三角形、彭罗斯瓷砖、彭罗斯图解，以及彭罗斯绘图记号。对于这个家伙，数学方程是随便写的！
    彭罗斯希望表达CCC模型，这是好事情，这迫使他教他的读者以概念，如熵、时间之箭、哈勃膨胀、时空度规、共形几何，以及共形图。在《时间的轮回》前两部分中，他采用大量的手绘图，十分清晰的方式解释了这些抽象概念。这是彭罗斯的强项，他发明了彭罗斯三角形和彭罗斯瓷砖，本质上是一位几何学家。他不隐藏他喜爱形象化理论概念，而他整本的著作---《时间的轮回》包括大量钢笔画，展示抽象的理论概念而启发读者。
    最坏的新闻是彭罗斯的CCC理论，出现在《时间的轮回》的第三部分和最后一部分，这最可能是错误的。简单的原因在于，彭罗斯不得不作很多激进的假设来达到他的CCC模型。而且，他的关键动机在于构建这个CCC模型是有缺陷的。CCC向无谓的争议提供了一种解答。对此，更多见后文。让我们先浏览CCC本身。

果核中的CCC

    彭罗斯的推理线索大致如下。我们的宇宙包含物质（质量粒子）和辐射（无质量粒子）。随着时间流逝，我们宇宙中的物质将收缩入黑洞中。经过甚至更长的时间尺度，这些黑洞将蒸发掉。最终结果是宇宙充满着均匀的辐射。这种单调枯燥的宇宙与大爆炸难以区分，而没考虑以下事实：宇宙的最终阶段是冷却的，并充满长波低能辐射；而大爆炸是高温的，充满短波高能辐射。（评论者认为这是事实）

    彭罗斯继续通过关键观测，宇宙中仅充满着辐射，时间统治着存在。无质量粒子的宇宙存在的原因，在于不包含任何形式的时钟。而如果无时钟，也就无量尺。但如果我们宇宙的终态与其初始点确实没有区别，那么时间和距离就消失了。在膨胀年龄之后，彭罗斯认为我们的宇宙将还原为下一次宇宙大爆炸。根据彭罗斯的观点，我们的宇宙是宇宙项链上的一个珠子。项链上的每次宇宙消亡代表下一次宇宙的新生。这是一种有吸引人的思想。

(译者顺便PS一张CCC模型示意图，取名为“宇宙佛珠”，显然远非如此简化；CCC模型是可以不违反热力学第二定律的，况且熵这个概念只是描述了系统的某一方面，而忽视了其它)

    所以，CCC的问题是什么呢？彭罗斯书中讨论了两个关键问题，但在我看来，这些问题太容易遭学者漠视。第一个问题是，彭罗斯必须假设黑洞随时间而“清除掉”整个宇宙的质量粒子。像在我们的宇宙中，经历了一次加速膨胀，这是极其不可能的。这绝对不是假设每个孤立电子将吸收入黑洞中并以辐射形式喷发出的理由。

  即使我们犹疑彭罗斯的假设：随时间流逝，所有质量粒子（包括最后的电子）将消失---如果不被黑洞消化，那么就通过某些其它过程---第二个问题给彭罗斯的理论当头一击：CCC理论没通过爱丁顿检验（Eddington test）。
    彭罗斯追求CCC的动机，基于如下认识：时间之箭和生命的极端存在，全都根植于宇宙开始于一种超低熵态这个事实。对于这种低熵状态，必然曾经是很特殊且高度有序的。彭罗斯认为这需要解释。
    但对于解释宇宙的低熵初始点的CCC理论而言，彭罗斯宇宙链上的前一个宇宙，必然已结束于一种低熵状态。它是高度有序的，因此是不可能的状态。这严重违反了熵只能递增的热力学第二定律。

霍金：“我错了，信息是守恒的，即使在黑洞中……”

彭罗斯：“霍金放弃太早了，他一定是正确的：我的CCC理论需要信息丢失！”

   彭罗斯求救于黑洞信息佯谬，并假设关于信息在黑洞中是否守恒的争论已倾向于错误。彭罗斯假设黑洞蒸发是不可逆转的，并有效地消除了系统的引力自由度。最终结果是宇宙熵因黑洞蒸发而降低。
    关于斯蒂芬*霍金的“信息丢失假说”的最强有力支持，在几年前重新定义了其地位，并因此与约翰*普瑞斯凯尔（John Preskill）打了赌。因为这个赌，科学界将黑洞信息佯谬满足信息守恒，作为楞尼*苏斯金德（Lenny Susskind）《黑洞战争》一书的主题。
    彭罗斯可能不是完全孤独地辩护黑洞信息丢失，但这确实不符合科学认识。虽然彭罗斯试图辩解自由度的消失不意味着违反热力学第二定律，但应注意到净效应是相同的，宇宙总熵降低。除非读者接受高度推测性观念，如婴儿宇宙携带熵从黑洞中分裂出来，CCC违反热力学第二定律。我只需要引用学者爱丁顿来澄清，并对CCC理论最后考验：

如果你的理论被发现违反热力学第二定律，那么我敢肯定你没希望了；

为此没什么，不过是陷入最深的羞耻中。

非问题的解答

    但没有更多背离CCC。整个CCC模型从一开始就是有缺陷的，只不过因为它完全是不成问题的所引起的。如上所述，彭罗斯研究CCC的动机是超低熵的宇宙初始点问题。这种超低熵态，相当于一种很特殊的高度均匀的状况。彭罗斯认为这种特殊状态，需要一种解释。物理学博客肖恩*卡若尔（Sean Carroll）认同他的言论，这些思想在他的网页上，善辩如下：

   “在19世纪晚期，波尔兹曼和吉布斯弄清楚了熵到底是什么：它是单个微观状态（宏观上是不能分辨的）数量的测度。”煎蛋饼的熵高于鸡蛋，因为无法重新排布其原子，因为可完全保持一块煎蛋饼，但对于鸡蛋则不能。这证明了第二定律的一半解释：熵倾向于增加，因为变为高熵比变为低熵有更多方式。尚存问题的另一半：为何熵不降低是第一位的？”

    我以前已回复了这种观点，但我是以稍含蓄的方式来做的。在我的下一篇博文中，我将回到这个主题上来，并认为无限宇宙中自然闪现低熵大爆炸受可逆动力学所驱动。这就排除了任何CCC理论的必要性。言归正传。
       最后，总结：你应该购买彭罗斯的最新著作《时间的轮回》吗？根据如上讨论，你可能得出结论：我的回答是“No！”那不是事实。当我摒弃了彭罗斯的CCC模型，认为它太推测性，而且最可能错误，我们赞赏本书确实包含大量关于无异议主题的信息，以最清晰的方式被完全呈现。对熵和宇宙模型（书的第一、第二部分）的深刻讨论感兴趣的读者，我推荐购买本书。而彭罗斯选择探讨他未经验证的观念（书的第三部分），他很明白并坦露这些具有猜测性。当读到这些章节时，是可以怀疑的。

《时间的轮回》到底怎样？请看：http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=289142&do=blog&id=505866