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在這個期間,初始的非均勻性被放大到足以解釋在我們周圍觀察到的結構的起源。1992年宇宙背景探險者衛星(be)首次檢測到微波背景隨方向的非常微小的變化。這種非均勻性隨方向的變化方式似乎和暴脹模型以及無邊界設想的預言相符合。這樣,在卡爾·波普的意義上,無邊界設想是一種好的科學理論:它的預言可以被觀測證偽,但是卻被證實了。在一個各處物質密度稍有變化的膨脹字宙中,引力使得較緊密區域的膨脹減慢,並使之開始收縮。這就導致星係、恒星和最終甚至像我們自己這樣微不足道的生物的形成。因而,我們在宇宙中看到的所有複雜的結構,可由宇宙無邊界條件和量子力學中的不確定性原理給予解釋。
空間和時間可以形成一個冇有邊界的閉曲麵的思想,對於上帝在宇宙事務中的作用還有一個深遠的含義。隨著科學理論在描述事件的成功,大部分人進而相信上帝允許宇宙按照一套定律來演化,而不介入其間促使宇宙觸犯這些定律。然而,定律並冇有告訴我們,字宙的太初應該像什麼樣子——它依然要靠上帝去卷緊發條,並選擇如何去啟動它。隻要宇宙有一個開端,我們就可以設想存在一個造物主。但是,如果宇宙確實是完全自足的,冇有邊界或邊緣,它就既冇有開端也冇有終結——它就是存在。那麼,還會有造物主存身之處嗎?
時間箭頭
我們在前幾章中看到了,長期以來人們關於時間性質的觀點是如何變化的。直到本世紀初,人們還相信絕對時間。也就是說,每一事件可由一個稱為“時間”的數以唯一的方式來標記,所有好的鐘在測量兩個事件之間的時間間隔上都是一致的。然而,對於任何正在運動的觀察者光速總是一樣的這一發現,導致了相對論;而在相對論中,人們必須拋棄存在一個唯一的絕對時間的觀念。代之以每個觀察者攜帶的鐘所記錄的他自己的時間測量——不同觀察者攜帶的鐘不必要讀數一樣。這樣,對於進行測量的觀察者而言,時間變成一個更主觀的概念。
當人們試圖統一引力和量子力學時,必須引入“虛”時間的概念。虛時間是不能和空間方向區分的。如果一個人能往北走,他就能轉過頭並朝南走;同樣的,如果一個人能在虛時間裡向前走,他應該能夠轉過來並往後走。這表明在虛時間裡,往前和往後之間不可能有重要的差彆。另一方麵,當人們考察“實”時間時,正如眾所周知的,在前進和後退方向存在有非常巨大的差彆。這過去和將來之間的差彆從何而來?為何我們記住過去而不是將來?
科學定律並不區彆過去和將來。更精確地講,正如前麵所解釋的,科學定律在稱作c、p和t的聯合作用(或對稱)下不變。(c是指將反粒子來替代粒子;p的意思是取鏡象,這樣左和右就互相交換了;t是指顛倒所有粒子的運動方向,也就是使運動倒退回去。)在所有正常情形下,製約物體行為的科學定律在cp聯合對稱下不變。換言之,對於其他行星上的居民,若他們是我們的映象並且由反物質而不是物質構成,則生活會剛好是同樣的。
如果科學定律在cp聯合對稱以及cpt聯合對稱下都不變,它們也必須在單獨的t對稱下不變。然而,在日常生活的實時間中,前進和後退的方向之間還是有一個大的差異。想像一杯水從桌子上滑落到地板上被打碎。如果你將其錄影,你可以容易地辨彆出它是向前進還是向後退。如果將其倒回來,你會看到碎片忽然集中到一起離開地板,並跳回到桌子上形成一個完整的杯子。你可斷定錄影是在倒放,因為這種行為在日常生活中從未見過。如果這樣的事發生,陶瓷業將無生意可做。
為何我們從未看到碎杯子集合起來,離開地麵並跳回到桌子上,通常的解釋是這違背了熱力學論斷,宇宙的無邊界條件和弱人擇原理一起能解釋為何所有的三個箭頭指向同一方向。此外,為何必須存在一個定義得很好的時間箭頭。我將論證心理學箭頭是由熱力學箭頭所決定,並且這兩種箭頭必須總是指向相同的方向。如果人們假定宇宙的無邊界條件,我們將看到必然會有定義得很好的熱力學和宇宙學時間箭頭。但對於宇宙的整個曆史來說,它們並不總是指向同一方向。然而,我將指出,隻有當它們指向一致時,對於能夠發問為何無序度在宇宙膨脹的時間方向上增加的智力生命的發展,纔有合適的條件。
首先,我要討論熱力學時間箭頭。總存在著比有序狀態更多得多的無序狀態的這一事實,是使熱力學地散佈在算盤的鐵條上)。在記憶器和所要記憶的係統相互作用後,根據係統的狀態,它肯定處於這種或那種狀態(每個算盤珠將位於鐵條的左邊或右邊。)這樣,記憶器就從無序態轉變成有序態。然而,為了保證記憶器處於正確的狀態,需要使用一定的能量(例如,移動算盤珠或給計算機接通電源)。這能量以熱的形式耗散了,從而增加了宇宙的無序度的量。人們可以證明,這個無序度增量總比記憶器本身有序度的增量大。這樣,由計算機冷卻風扇排出的熱量表明計算機將一個專案記錄在它的記憶器中時,宇宙的無序度的總量仍然增加。計算機記憶過去的時間方向和無序度增加的方向是一致的。
所以,我們對時間方向的主觀感覺或心理學時間箭頭,是在我們頭腦中由熱力學時間箭頭所決定的。正像一個計算機,我們必須在熵增加的順序上將事物記住。這幾乎使熱力學定律變成為無聊的東西。無序度隨時間的增加乃是因為我們是在無序度增加的方向上測量時間。你不可能有比這個更具勝算的打賭了!
但是究竟為何必須存在熱力學時間箭頭?或換句話說,在我們稱之為過去時間的一端,為何宇宙處於高度有序的狀態?為何它不在所有時間裡處於完全無序的狀態?畢竟這似乎更為可能。並且為何無序度增加的時間方向和宇宙膨脹的方向相同?
在經典廣義相對論中,因為所有已知的科學定律在大爆炸奇點處失效,人們不能預言宇宙是如何開始的。
在這個期間,初始的非均勻性被放大到足以解釋在我們周圍觀察到的結構的起源。1992年宇宙背景探險者衛星(be)首次檢測到微波背景隨方向的非常微小的變化。這種非均勻性隨方向的變化方式似乎和暴脹模型以及無邊界設想的預言相符合。這樣,在卡爾·波普的意義上,無邊界設想是一種好的科學理論:它的預言可以被觀測證偽,但是卻被證實了。在一個各處物質密度稍有變化的膨脹字宙中,引力使得較緊密區域的膨脹減慢,並使之開始收縮。這就導致星係、恒星和最終甚至像我們自己這樣微不足道的生物的形成。因而,我們在宇宙中看到的所有複雜的結構,可由宇宙無邊界條件和量子力學中的不確定性原理給予解釋。
空間和時間可以形成一個冇有邊界的閉曲麵的思想,對於上帝在宇宙事務中的作用還有一個深遠的含義。隨著科學理論在描述事件的成功,大部分人進而相信上帝允許宇宙按照一套定律來演化,而不介入其間促使宇宙觸犯這些定律。然而,定律並冇有告訴我們,字宙的太初應該像什麼樣子——它依然要靠上帝去卷緊發條,並選擇如何去啟動它。隻要宇宙有一個開端,我們就可以設想存在一個造物主。但是,如果宇宙確實是完全自足的,冇有邊界或邊緣,它就既冇有開端也冇有終結——它就是存在。那麼,還會有造物主存身之處嗎?
時間箭頭
我們在前幾章中看到了,長期以來人們關於時間性質的觀點是如何變化的。直到本世紀初,人們還相信絕對時間。也就是說,每一事件可由一個稱為“時間”的數以唯一的方式來標記,所有好的鐘在測量兩個事件之間的時間間隔上都是一致的。然而,對於任何正在運動的觀察者光速總是一樣的這一發現,導致了相對論;而在相對論中,人們必須拋棄存在一個唯一的絕對時間的觀念。代之以每個觀察者攜帶的鐘所記錄的他自己的時間測量——不同觀察者攜帶的鐘不必要讀數一樣。這樣,對於進行測量的觀察者而言,時間變成一個更主觀的概念。
當人們試圖統一引力和量子力學時,必須引入“虛”時間的概念。虛時間是不能和空間方向區分的。如果一個人能往北走,他就能轉過頭並朝南走;同樣的,如果一個人能在虛時間裡向前走,他應該能夠轉過來並往後走。這表明在虛時間裡,往前和往後之間不可能有重要的差彆。另一方麵,當人們考察“實”時間時,正如眾所周知的,在前進和後退方向存在有非常巨大的差彆。這過去和將來之間的差彆從何而來?為何我們記住過去而不是將來?
科學定律並不區彆過去和將來。更精確地講,正如前麵所解釋的,科學定律在稱作c、p和t的聯合作用(或對稱)下不變。(c是指將反粒子來替代粒子;p的意思是取鏡象,這樣左和右就互相交換了;t是指顛倒所有粒子的運動方向,也就是使運動倒退回去。)在所有正常情形下,製約物體行為的科學定律在cp聯合對稱下不變。換言之,對於其他行星上的居民,若他們是我們的映象並且由反物質而不是物質構成,則生活會剛好是同樣的。
如果科學定律在cp聯合對稱以及cpt聯合對稱下都不變,它們也必須在單獨的t對稱下不變。然而,在日常生活的實時間中,前進和後退的方向之間還是有一個大的差異。想像一杯水從桌子上滑落到地板上被打碎。如果你將其錄影,你可以容易地辨彆出它是向前進還是向後退。如果將其倒回來,你會看到碎片忽然集中到一起離開地板,並跳回到桌子上形成一個完整的杯子。你可斷定錄影是在倒放,因為這種行為在日常生活中從未見過。如果這樣的事發生,陶瓷業將無生意可做。
為何我們從未看到碎杯子集合起來,離開地麵並跳回到桌子上,通常的解釋是這違背了熱力學論斷,宇宙的無邊界條件和弱人擇原理一起能解釋為何所有的三個箭頭指向同一方向。此外,為何必須存在一個定義得很好的時間箭頭。我將論證心理學箭頭是由熱力學箭頭所決定,並且這兩種箭頭必須總是指向相同的方向。如果人們假定宇宙的無邊界條件,我們將看到必然會有定義得很好的熱力學和宇宙學時間箭頭。但對於宇宙的整個曆史來說,它們並不總是指向同一方向。然而,我將指出,隻有當它們指向一致時,對於能夠發問為何無序度在宇宙膨脹的時間方向上增加的智力生命的發展,纔有合適的條件。
首先,我要討論熱力學時間箭頭。總存在著比有序狀態更多得多的無序狀態的這一事實,是使熱力學地散佈在算盤的鐵條上)。在記憶器和所要記憶的係統相互作用後,根據係統的狀態,它肯定處於這種或那種狀態(每個算盤珠將位於鐵條的左邊或右邊。)這樣,記憶器就從無序態轉變成有序態。然而,為了保證記憶器處於正確的狀態,需要使用一定的能量(例如,移動算盤珠或給計算機接通電源)。這能量以熱的形式耗散了,從而增加了宇宙的無序度的量。人們可以證明,這個無序度增量總比記憶器本身有序度的增量大。這樣,由計算機冷卻風扇排出的熱量表明計算機將一個專案記錄在它的記憶器中時,宇宙的無序度的總量仍然增加。計算機記憶過去的時間方向和無序度增加的方向是一致的。
所以,我們對時間方向的主觀感覺或心理學時間箭頭,是在我們頭腦中由熱力學時間箭頭所決定的。正像一個計算機,我們必須在熵增加的順序上將事物記住。這幾乎使熱力學定律變成為無聊的東西。無序度隨時間的增加乃是因為我們是在無序度增加的方向上測量時間。你不可能有比這個更具勝算的打賭了!
但是究竟為何必須存在熱力學時間箭頭?或換句話說,在我們稱之為過去時間的一端,為何宇宙處於高度有序的狀態?為何它不在所有時間裡處於完全無序的狀態?畢竟這似乎更為可能。並且為何無序度增加的時間方向和宇宙膨脹的方向相同?
在經典廣義相對論中,因為所有已知的科學定律在大爆炸奇點處失效,人們不能預言宇宙是如何開始的。
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