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从永恒到此刻:追寻时间的终极奥秘-电子书下载

人文社科 4周前 (07-14) 48次浏览 已收录 0个评论 扫描二维码

简介

无论你身处哪个星系,时间都只会往一个方向流逝。为什么?
30年前,史蒂芬·霍金试着通过理解大爆炸来阐释时间。今天,肖恩·卡罗尔说,我们要有更大的雄心。他在本书中展示了时间之箭的存在为何应归因于大爆炸之前的环境,以及我们的宇宙只是大家族的一份子,在这个家族中,很多宇宙所经历的时间都与我们相向而行。
《永恒到此刻》所涉猎的话题,从熵到量子力学、时间旅行、信息论,再到生命的意义。读者所要面对的,就是理解我们为何存在。

作者介绍

肖恩·卡罗尔是加州理工学院的理论物理学家,著有《大图景》《寻找希格斯粒子》等颇有影响的科普书。在哈佛大学获得博士学位之后,他继续在物理学、宇宙学和引力方面进行研究,是美国国家科学院院士、美国艺术与科学院院士。他参与创建了群组博客“宇宙多样性”(Cosmic Variance)。曾获得刘易斯·托马斯科学写作奖。 他和作家妻子珍妮弗·韦莱特(Jennifer Ouellette)一起住在洛杉矶。

部分摘录:
忘了太空船、火箭炮以及与外星文明的冲突吧。如果你打算讲一个故事来强烈唤醒身处陌生环境的感觉,你就得倒转时间的方向。
当然,你也可以直接把一个普普通通的故事倒着讲,从结尾讲到开头。这是一种叫作“倒叙”的文学手法,似乎早在维吉尔(Virgil)的《埃涅阿斯纪》当中就有了。但要是真想让读者大跌眼镜、再也无法洋洋自得的话,你还是得让有些角色经历时间倒流。当然,这能让人大跌眼镜的原因是,我们这些非虚构人物全都是在以同一个方式经历时间。而这种方式又要归因于熵在整个宇宙中持续增长,并定义了时间之箭。
镜中奇遇记
司各特·菲茨杰拉德(F.Scott Fitzgerald)的短篇小说《本杰明·巴顿奇事》最近拍成了电影,主演是布拉德·皮特(Brad Pitt)。小说主人公出生的时候是个老人,随着时间流逝逐渐变得越来越年轻。可以理解,在本杰明出生的那家医院,护士们有些惊慌失措。
用宽大的白色毛毯裹着,被勉强塞进婴儿床的,是一个明显有七十来岁的男人。他坐在那里,稀疏的头发几乎全白了,从下巴垂下的长长的烟灰色胡须,被窗外进来的微风吹得前后飘荡。他用黯淡无光的眼睛望着巴顿先生,眼中深藏着疑虑。
“是要气死我吗?”巴顿先生暴跳如雷,他的恐惧变成了愤怒:“这是不是医院在搞什么恶作剧?”
“我们可不觉得这是恶作剧,”护士厉声回答:“我不知道你会不会气死——但那千真万确是你的孩子。”
更多冷汗从巴顿先生的额头上冒了出来。他紧闭双眼,然后再睁开。没错——他正盯着一个七十岁的男人——
一个七十岁的婴儿,双足悬在他应该用来安睡的婴儿床的栏杆外面。[20]
这一刻可怜的巴顿夫人是什么感受,书中并未提及。(在电影中,刚出生的本杰明尽管又老又皱,但至少确实是婴儿般大小。)
让某些角色经历时光倒流实在是太古怪了,因此在故事里常常用于达到喜剧效果。在刘易斯·卡罗尔(Lewis Carroll)的《爱丽丝镜中奇遇记》中,爱丽丝与白女王第一遭见面就惊讶万分,因为白女王的生活在时间的两个方向上都左右逢源。女王正大喊大叫,因为护痛晃动着手指:
“究竟是怎么回事?”一有机会能让人听见自己的时候,(爱丽丝)就问道:“你扎伤自己的手指了吗?”
“我暂时还没扎伤,”王后说,“不过我马上就会——哦,哦,哦!”
“那你想在什么时候扎伤呢?”爱丽丝问道,感觉自己马上要笑出声来。
“在我重新把披肩别起来的时候,”可怜的王后唉声叹气地说:“胸针会自己打开。哦,哦!”就在这当儿,胸针打开掉了下来,王后手忙脚乱地拼命想抓住它,试图让它再合上。
“小心!”爱丽丝叫起来:“你都把它捏弯了!”于是她伸手去拿那枚胸针,但还是晚了一步,胸针已经滑落,王后也已经扎伤了手指。[21]
卡罗尔(跟我一不沾亲二不带故[22])是在拿时间深层的本质特征——原因先于结果的事实——开玩笑。上述场景会让我们莞尔,同时也提醒我们,时间之箭对我们在这个世界上的经历来说有多重要。
时间倒转不仅可以服务于喜剧,也可以服务于悲剧。就算考虑到时间倒转是个非常小的文学类型[23],也可以说马丁·埃米斯的小说《时间之箭》是该类型的经典之作。小说的叙述者是一个没有实体的意识,住在另一个名叫奥迪罗·翁弗多尔本(Odilo Unverdorben)的人的身体里。宿主的生活是正常的,时间向前流动;但寄宿的小小叙述者经历的一切都是向后的——他最早的记忆是翁弗多尔本的死亡。他无法控制翁弗多尔本的行为,也无法进入宿主的记忆,只能被动地反向经历宿主的人生。一开始翁弗多尔本在我们面前出现的时候是个医生,这个职业给叙述者的印象相当病态——病人们拖着脚走进急诊室,医护人员从他们体内吸出药物,解开他们身上的绷带,把他们扔回黑灯瞎火的大街上,任他们血流不止,鬼哭狼嚎。一直到该书最后我们才了解到,翁弗多尔本是奥斯维辛的一名助手,他在那里创造生命,谁都没这么干过——将化学品、电流和尸体变成活人。到这时叙述者才觉得,这个世界终于有意义了。
时间之箭
为什么倒转时间的相对方向是放飞想象力的有效工具,有一个极好的理由:在真实的、非假想的世界中,这种情形从来不会发生。时间有方向,并且每天的方向都是一样的。我们中间没有谁见过像白王后那样的角色,她记得住我们看起来是“将来”的东西,而非“过去”(或者说在“过去”之外)。
要说时间有方向,有一个箭头从过去指向将来,到底是什么意思?想一想,假设我们在看一部倒着放的电影。一般来讲,如果我们看到的东西在时间上是在“逆行”,我们会很清楚这一点。经典例子就是跳水的人和泳池。跳水的人跳下来,就会有一大片水花,接着会有水波在水上起伏散开,一切都很正常。但如果我们首先看到的是一个有水波的泳池,水波汇集到一起形成大水花,再托起一个跳水的人一直送到跳板上,这个人还一脸心平气和,我们就会知道有什么地方出了问题:电影在倒着放。
现实世界中的特定事件总是以同样的顺序发生。只能是跳水、水花、波浪,永远不会有波浪、水花、托出一个跳水的人。牛奶可以掺进黑咖啡里,但不可能将搅好的咖啡和牛奶再分成这两种液体。这类序列就叫作不可逆过程。我们可以自由想象这种序列如何反向呈现,但就算我们真的看到了反向序列,也只会觉得这是电影里的花招,而非现实的忠实再现。
不可逆过程是时间之箭的核心。事件以某些序列而非其他序列发生,而且就我们所知在整个可观测宇宙中,这些顺序都互相吻合。有一天我们也许会发现某个遥远的太阳系有颗行星上有智慧生命,但没有人会觉得在新发现的行星上,那些外星人一般都能拿个勺子随便搅和几下就将牛奶和咖啡(或该星球上的等价物)分开。这个结论为什么并不意外?这个宇宙可是大得很呢,事情以任意序列发生应该都有可能。但并非如此。对某些类型的进程——大致来讲,有大量部件都在各自运动的复杂行动,就似乎都有根植在世界基本结构中的特定顺序。
汤姆·斯托帕德(Tom Stoppard)的话剧《阿卡迪亚》以时间之箭为中心隐喻来组织情节。下面就是托马西娜(Thomasina)这位远远超前于时代的年轻奇才是如何向自己的导师解释时间之箭的概念的:
托马西娜:赛普蒂默斯(Septimus),你搅动你这碗大米布丁的时候,这勺果酱就会四下散开,留下红色尾迹,就像我的天文图集里流星的照片一样。但如果你反着搅,果酱也不会重新聚拢来。实际上,布丁才不管你怎么搅,只会跟之前一样继续变成粉色。你不觉得很奇怪吗?
赛普蒂默斯:不觉得。
托马西娜:我反正是这么觉得。你没办法靠搅拌把东西分开。
赛普蒂默斯:你也只能做到这儿了,要不时间就必须得倒流了。但是时间可不会倒流,我们只能继续搅拌混合,越来越无序,最后完全变成粉色,再也不变了,也没法再变了,这样才算完全搞定它。这就叫自由意志,或是自决权。[24]
因此,时间之箭是我们宇宙的一个基本事实,甚至可以说是我们宇宙最基本的事实。事情会以一种顺序发生而不会反着来,这一事实深刻影响了我们如何在这个世界上生活。为什么会这样呢?为什么我们生活的宇宙中X后面总是跟着Y,而Y后面永远不可能跟着X?
答案就在我们前面提到过的“熵”这个概念里。跟能量、温度一样,熵能告诉我们物理系统处于特殊状态时的某些信息,描述的是这个系统究竟有多无序。一沓纸一张叠一张整整齐齐放在那里,熵就很低;同样这一沓纸如果在桌子上杂乱无章到处都是,熵就会很高。一杯咖啡,旁边单独放着一勺牛奶,熵就很低,因为分子处于有序分离的特殊状态,各自组成了“牛奶”和“咖啡”;要是把这两样混在一起,熵相对就变大了。所有这些不可逆过程都反映了时间之箭——我们可以把鸡蛋摊成鸡蛋饼,没法把鸡蛋饼变成鸡蛋;香味可以在房间里扩散开来,但永远不会收回到瓶子里;冰块可以在水里融化,但一杯热水绝对不会自动结出冰块。这些过程也都有个共同特征:随着系统从有序向无序发展,熵一直在增加。无论什么时候,只要我们扰动宇宙,就倾向于令宇宙的熵增加。
在本书中我们的重要任务之一,就是解释为何熵这样一个概念就能将如此各不相同的一组现象都维系起来,并深入挖掘所谓的“熵”究竟是什么以及为什么熵总倾向于增加。最终任务——在现代物理学中仍然是个深奥难解、没有答案的问题——就是,为什么熵在过去会那么低,以至于能从那时起就一直在增加。
过去和将来对比上和下
首先,我们得好好想想另一个更优先的问题:某些事情在时间的一个方向上发生,而绝不会是另一个方向,我们真的应该为此感到惊讶吗?到底有谁说过什么事情都得是可逆的啊?
把时间看成是事件发生时的标记,这是让时间看起来就像空间的方式之一——时间和空间都有助于我们在宇宙中定位事物。但从这个视角来看,时间和空间也还是有一个关键的地方不一样——空间中的方向都是平等的,但时间的方向(也就是“过去”和“将来”)就很不一样。在地球上,空间的方向很容易区分——指南针就可以告诉我们哪儿是南,哪儿是北,而且谁也不会有搞错上和下的风险。但这并没有反映出自然界的深层基本规律,而只是因为我们生活在一颗巨大的行星上。有了这颗行星,我们就能定义不同的方向了。如果你是身穿太空服漂浮在远离任何行星的太空中,那么空间的所有方向就都完全区分不出来了——不会有什么“上”或者“下”的首选概念。
专业说法是自然规律有其对称性——空间中任意方向都跟别的方向一样。要“调换空间的方向”易如反掌——拍一张照片,反着冲印出来,或者就从镜子里看也是一样的。大部分情况下,镜子里的景象看起来都没什么特别。显而易见的反例是书写,很容易就能分辨出我们看到的有字的图片是不是反着的;这是因为书写和地球一样,有一个首选方向(你读这本书是从左往右读,对吧)。但是大部分没有多少人造物的场景,无论是直接看还是从镜子里看,对我们来说都显得同样“自然”。

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