时间之矢

天地合而万物生，阴阳接而变化起——《荀子·礼论篇》

    我们目睹了风卷云涌的瞬息之变，也见证了漫长岁月中的沧海桑田，我们看到了花开花谢，看到了生老病死。万事万物，无时无刻不在变化之中，而这种变化又总是不可倒转。作为万物之灵，我们好奇，我们想要了解更多。追根问底、寻求真知是人类的本性，我们不禁要问是什么导致了世间万物朝着一个方向演化，过去和未来究竟有何不同，我们能否让时光倒流，宇宙又会有怎样的命运？

    生命的出现是宇宙演化至今的一个奇迹，我们的出现则让宇宙变得更加有趣。我们作为宇宙的一部分，是宇宙经历了138亿年所孕育而生，我们又反过来思考宇宙那最深邃的问题。物质世界在某种规律下演化出一种能够思考自身的力量，这便是物质世界最奇妙之处。

    宇宙的故事也是我们的故事，一切始于138亿年前，那个被称为BIG BANG的伟大时刻，随着一声“巨响”，时间、空间和万物从中诞生，于是宇宙历史即被开启。

    对浩渺宇宙的探索欲望，启迪着我们在科学的道路上永不止步，推动着我们开创了现代天文学，为现代文明世界打下了基石。

    太阳的东升西落，月亮的阴晴圆缺，星宇大地的春秋之变，万事万物无一不在随着时间而变。

    一天有24小时，一月有29天，一年有365天，这些我们所熟悉的时间尺度，深深地嵌入了我们生命的节奏。

    夜幕降临，仰望星空，我们感叹星空的美丽，我们惊讶于上帝的杰作。那些星星点点，不只是在向我们眨眨眼睛，它们是宇宙过去几十亿年甚至百亿年的见证者。之所以叫它们恒星，是因为它们在星空中总是显得既和谐又永恒，它们看起来是那样的恒久不变。

    时间存在于万事万物之中、存在于任何的角落，它时刻雕琢着我们的宇宙。婴儿宇宙从虚无之中经历涅槃而生，然后在高温中煎熬了38万年之久，终于混沌初开，自此我们才得以看到它的面目。再经历数亿年之久的演化，第一颗恒星在星云中诞生，要有光便有了光，于是黑夜中的宇宙被第一缕光明所照亮。再到后来，日月星辰都相继诞生，大地和生灵也奇迹般地出现。这一切都显得如此的不可思议，似乎又都是在冥冥之中已被注定。

    事物永远是向前发展的，它们不会跳跃，也不会回头，你永远也不会看到它们反过来运行。想像将一滴墨汁滴入清水中，这滴墨汁会很快融入清水中，使得清水变得浑浊。将这个过程录像并将其倒放，你会看到浑浊的墨水逐渐聚集出一滴墨汁，而其余部分会变得澄清。显然这个倒放的过程在现实中并不会发生，那么这其中又有什么原理呢？
    随着时光流逝，一切都将改变，我们被迫走向未来。而一旦有所变化，就绝没有回头之日。伴随着日月星辰的周而复始，我们会慢慢老去，生老病死是生命必须承受的悲喜的一部分。

有物混成，先天地生。寂兮寥兮，独立而不改，周行而不殆，可以为天地母。——《道德经》

    在天地之间，似乎那些史诗般的周而复始，看上去是那么亘古不变。但事实上，宇宙之中并没有永恒之存在，宇宙诞生于虚无，最终会走向虚无。在时间之神的雕琢下，万物以及宇宙无时无刻不在变化着，这些变化造就了宇宙中丰富多彩而又变幻莫测的壮美之景。我们见证了婴儿恒星在星云中的第一声哭啼，也目睹了垂死之星在死亡前夜带着暴虐的挣扎；目睹了群星璀璨的美丽星空，也目睹了超新星爆发的壮观时刻；目睹了黑洞贪婪地吸积着周围的一切，也目睹了双黑洞之间“浪漫”的“终极舞步”。

    斗转星移，去日不再，这些都再自然不过了。年复一年，时间的概念已深深印在我们的基因之中，我们见证了时间的力量。

    上古时期，我们的先祖会在黑夜中燃起篝火用以取暖和加工食物，这是人类第一次支配来自自然界的能量，他们已经对对热与冷有了深刻的体会。后来进入文明时代，人们掌握了陶瓷的制备技术，再后来人们又摸索出金属的冶炼技术，至此人类对热、温度、能量等概念有了初步的认识。随着人类文明脚步的前行，人们对物质世界的认知水平有了质的提升。在一百多年前，物理学家为我们开创了一门学科——热力学。从此我们对热量、温度、能量这些概念有了科学的描述，随之而来的是一些更深层次的认知。

    热力学中有一条关键的物理定律，它能让我们理解时间的推移方式以及万物和宇宙的演化方向，它的名字叫“热力学第二定律”。这条定律意义非凡，因为它的核心是一个在现代文明世界中耳熟能详的概念——熵，也就是物理学家们常说的"entropy".。熵的概念能够解释在没有外力干预的情况下，为什么塑料会风化、玻璃会破碎、房屋会倒塌？熵增原理告诉我们一个事实，对于一个孤立系统，它的熵永远都是只增不减。熵是用来量度一个系统的有序度的物理量，按照熵增原理，一个孤立系统总会从有序的状态朝着更加无序的状态演化。刚滴入清水中的墨汁和清水组成的系统在最初处于相对有序的状态，而完全混合变得浑浊的墨水则处于更加无序的状态。这就是为什么墨汁滴入清水变为浑浊的墨水是在现实中存在的，而不是反过来。

    熵在我们的生命中也有极其重要的意义，生命赖“负熵”以生存。这句经典名言告诉我们，进食能为我们提供负熵，来抵消身体运转所带来的熵增。我们读书学习能够使我们的大脑神经组织变得更加有序，所以一个充满知识与智慧的大脑是熵值很低的的大脑。必要的睡眠能使身体部分组织排掉毒素，使细胞得到修复，是以消耗体内储存的碳水化合物和其它营养物质提供负熵，也是一种身体系统熵减的过程。我们的生存是以消耗环境的负熵为代价的，但是我们得到的负熵远低于所消耗的来自于环境的负熵。所以我建议你不要再读此文，因为这样会加速周围环境的熵增速度。虽然会使你的脑组织稍稍变得有序，但这会加速宇宙的死寂。身体熵值的增加就意味着身体变得更糟，人的一生也伴随着熵值的时升时减，但总的来说熵值是朝着增大的方向，最终会变得很大，人的生命也就走向终结。

    一个孤立系统，熵值永远在增加，究其原因，就是因为高熵值的状态拥有更高的几率，是系统的最概然分布。凭借着“熵增原理”，热力学第二定律解释了时间为何只有一个行进方向。热力学第二定律体现了物理学优雅而强大的一面。这条科学定律最初是用来描述工程领域中热量的传导方式以及热机效率的，最终它却被用于解释物理学上最大的谜题之一——为何过去和未来是那样的不同？

    对于宇宙而言，它也有过去和未来，也同样遵循着热力学第二定律，也会从有序走向无序。在过去的138亿年，宇宙经历了不可逆转的演化，这种演化还将持续很久很久。

    恒星为整个宇宙提供了光和热，也让我们有幸在黑夜中欣赏着繁星点点。但恒星并非恒久不变，它们也会死去，或壮观、或惨烈、或是在沉默中慢慢地变得暗淡无光。

    50亿年以后，太阳核心区的氢将被耗尽，其核心将会聚集氦核，核心的氢核聚变反应将就此结束。它的核心将发生坍缩，而坍缩的结果就是使得核心达到氦核反应的点燃温度。相比于氢核聚变反应，氦核聚变反应会产生更多的热量，这将会导致太阳的外层极度膨胀。这个过程会持续十亿年之久，太阳将不再像以往那样无私地给予地球温暖和阳光，而是变得极度暴虐。它会变大变热，会吞掉水星和金星，在正午时刻它将充满整个地平线，并且烧焦地球。最终，蓝色星球上所有的生命都将灭绝。那个曾经是宇宙中最美的蓝色星球会变成一块被烧焦的废石，见证着太阳最后的濒死挣扎。

    在死亡前夜，太阳会将自己身体外层的一部分抛洒到广阔的星际空间中，或许这些抛洒物会形成一处美丽的星云，这是濒死的太阳以自虐的方式向宇宙宣告它辉煌一生的终结。而它的核心将会在残迹中四处游荡，继续散发着最后那一丝微弱的余热，如同一颗留存往昔记忆的琥珀，时刻准备着告诉造访者它曾经在百亿年的时光中耗尽了自己的身体并向宇宙贡献了最有价值的光和热。

    最终，太阳所留存的核心变成了一颗和地球大小相当的白矮星，在荒凉冰冷的黑夜中流浪。万亿年之后，这颗白矮星将冷却到和宇宙背景相同的温度，变为最终的死星——黑矮星。

    其它所有恒星和太阳的命运是相似的，总有一天，所有的恒星都将死去。体量越大的恒星死得越早，因为大质量恒星的内核温度更高，其氢核聚变反应是CNO循环，这比小质量恒星内核发生的P-P链效率要高几十上百倍。

    恒星巨怪大犬座VY（VY Canis Majoris，VY CMa），它是一颗超巨型，其质量约为太阳的17倍，但它的寿命只有300-400万年，这和人类在地球存在的时间相当。夜空中最亮的恒星——天狼星（sirius），它是一颗距离地球8.7光年的恒星，质量约为2.1倍的太阳质量，它的寿命有10亿年左右。

    相比大质量恒星，那些小质量恒星会活得更久一些。比邻星（Proxima Centauri)，南门二（半人马座α）三合星的第三颗星，也称半人马座α星C。它是距太阳系最近的一颗恒星（4.22光年），它的质量约为太阳的八分之一，光谱类型为M型，表面温度仅为3000开尔文左右，是一颗红矮星，其寿命可达万亿年之久。但即便如此，这些小质量的恒星也会在漫长岁月中耗尽最后的燃料。当其它的恒星都相继死亡之后，它们会是宇宙中最后那稀零的烛光。在百亿年之后，大部分的恒星都将死去，只有这些红矮星还发着光和热。如果在那时，人类的后代还存于在宇宙的某个角落，他们将没有机会看到群星璀璨的夜空。

    随着时间之箭向前推进，宇宙中恒星形成的速率将大大降低，最终不再会有新的恒星的诞生。大质量的恒星在短暂的辉煌之后，有的变为黑洞，有的变为磁星，有的变为脉冲星、中子星。中等质量的恒星经历几亿年到百亿年的时光，最终变为白矮星。而那些最小质量的恒星经过万亿年之久，也会变为白矮星。最终，浩渺宇宙中就只剩下这些死亡之星和黑洞，宇宙将走向永无光明的漫漫长夜，宇宙的任何一个角落都显得无比荒凉、无比黑暗。

    即便是在这个死寂一片的宇宙，在它的任何一个角落都存在着宇宙中最为黑暗的势力——暗能量。暗能量是一股在宇宙诞生之初就存在的力量，无时无刻不在准备着将整个宇宙撕得粉碎。 随着时间向前推移，这股力量将变得越来越强，终有一日，这股黑暗势力会成为宇宙中唯一的霸权，它会使得宇宙走向永久的膨胀之路。最终，宇宙中的一切物质都会被暗能量撕碎，星系.......死星........原子..........质子、中子等等都会被相继碎裂。宇宙终将变得近乎空无一物，只剩下稀疏的光子像幽灵一样在虚空中游荡。温度的差异也渐渐被抹平，任何一个角落都会趋近于绝对零度。自此，宇宙就走向了永久的死寂，一切都将不会发生变化，时间也失去了本有的意义。时间之箭也将被冰冷和黑暗所冻结，一切都就此结束。

万物变化兮，固无休息。斡流而迁兮，或推而还。形气转续兮，变化而蟺。

天不可与虑兮，道不可与谋；迟速有命兮，焉识其时！——《鵩鸟赋》

    宇宙诞生于虚无，最终又走向另一种虚无。相比我们的一生，宇宙的一生显得漫长而久远，但我们和宇宙都遵循着相同的物理定律，我们都有相似的命运。生老病死和天地之变一样显得不可抗拒。永恒存在于万事万物之中，但同时又是相对的，变化才是世间万物所共有的特性。我们这个宇宙最巧妙的设计就在于：在某种神秘力量的作用下宇宙孕育出能够认识宇宙自身的机体。或许这种神秘力量就是存在于我们这个宇宙中的终极科学定律和无处不在的涨落。