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读霍金的《时间简史》有感(下)

已有 2121 次阅读 2022-7-19 09:54 |系统分类:观点评述

        所说的规则破坏者大致上有如下几例。

        1. 时间反演的对称性,在热力学中是失效的。因为由热力学第二定律,任何孤立系统,必定沿着熵增的方向去变化,这就是《时间简史》中霍金谈到的热力学时间箭头。

        2. 事实上时间箭头并非热力学箭头这一个,还有宇宙学箭头和心理学箭头。宇宙学箭头是指宇宙有一个被称为“大爆炸”的开端,在此之后宇宙沿着演化的方向经历暴胀、减速膨胀和加速膨胀。如果宇宙膨胀满足时间反演对称性,则可以很自然的认为将宇宙演化历史倒放也是对的,这也许就是震荡宇宙模式的哲学依据。他们认为当宇宙在引力的作用下减速膨胀到一定程度之后,膨胀速度减为零,继而在引力的作用下收缩,最终塌缩成一个奇点再发生大爆炸,来回往返反复……

        但现代宇宙学观测告诉我们,宇宙事实上处于由暗能量推动的加速膨胀中,并且由于宇宙在大尺度上的平均密度几乎为零,时空曲率也近似为零,因此膨胀会一直进行下去,也就是说宇宙学时间箭头对于我们的宇宙是不可逆转的。

        对于心理学箭头主要是基于人类的记忆能力,比如任何一个人都只能记住过去发生的事情,正在记忆现发生的事情,却不能记住未来发生的事情。这样就对过去、现在和未来做了严格的区分。而记忆从无到有的构建的方向其实就是时间箭头的方向。

        但仔细想想,心理学箭头在底层物理过程是有问题的。按照现代神经生物学的理解,记忆不过是神经细胞借助于电信号和神经递质所进行的神经回路的构建,而既然神经回路的连通与否只是简单的物理过程,那么记忆的植入与擦除应该也是可逆的,换句话说心理学箭头其实并不那么可靠,这也许就是一些失忆的人时间感错乱的原因吧。

        3. 基于上述的探讨我们可知,只要是一些多因素影响下的非线性复杂系统,应该都可以作为时间箭头备选标志,最好是具有数学中的遍历性。这种系统初始的扰动便可能导致难以预计的结果,比如蝴蝶效应中,小蝴蝶扇动的几下翅膀导致了一场暴风雨,而反过来看,当然不能把一场暴风雨按照多重因素的重复回溯,最终诱导一只蝴蝶煽动几下翅膀。在此基础上像因果律箭头,物种演化箭头都是可选的方案。简言之,时间箭头的本质也许就是复杂性。

        4. 平直的时空只是作为物理系统演化发展的背景,不参与物理系统变化。这一点在广义相对论中被天才的爱因斯坦彻底颠覆了。按照广义相对论的观点,引力并不是真实的力,只是时空弯曲的一种几何效应。而爱因斯坦引力场方程按照约翰•惠勒的观点:“物质告诉时空如何弯曲,时空告诉物质如何运动。”所以霍金等物理学家在平直时空的量子场论基础将量子场论的背景时空变为弯曲时空,研究弯曲时空的量子场论。既可充分利用,SU(3)*SU(2)*U(1)规范场对电弱、强相互作用的精确描绘,又将引力效应用时空的弯曲程度来刻画,可以说是极其深刻的,从数学计算的角度看更是如此。



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