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时间的方向(下)
2007-11-16 21:16

已经过去超过半年的时间了!在这个领域我到底有什么进展?这几个月我在起稿《宇宙本质的影子》,建立许多逻辑模型,每建立一个模型,我就会很兴奋,不过还会很失落:我能建立它的数学模型吗?否则、否则它就是科幻!一个人的精力毕竟有限。电脑技术占用了我最大的时间!疯狂!疯狂!

我真的很开心与志同道合的同学在一起无拘无束讨论着宇宙、天文、物理、化学、生物、计算机这些自然学科,并且我们会将它们联系起来,并且最终肯定会联系上我们的专业。然后激烈地、抽象地、严谨地推导我们的模型,先保证此模型在逻辑上成立,然后说服对方!然后再感慨:自己的数学水平好低啊!那个谁谁获得了菲尔茨奖……

下面的文章接着《时间的方向(上)》,当时的水平从文章就可以看出来了,漏洞很多。不过我不会刻意去隐瞒自己过去的幼稚。

时间的方向(下)

杨振宁曾经说过这样一句话:“科学发展的终点是哲学,哲学发展的终点是宗教。”我们将其简化为“科学发展的终点是宗教”,这里体现了科学与宗教的内在联系,科学越是昌明,我们对大自然越是敬畏。类似信徒对上帝的敬畏!

宇宙物理学是极其抽象的自然学科,许多理论都无法通过实验来完成,只有凭借智慧生物(人类)去构思、推理,然后用严密的数学公式将其方程化,继而逐渐形成一个完善的理论体系。但谁又能保证这个理论体系不在将来的某一时刻垮台呢?谁又能保证我们现在所有的自然科学理论的可靠性与稳定性呢?这正是我们对大自然的敬畏。我前面说过人类就整体而言并无自由意志,我们得沿着上帝所划定的路前进。那么现在就让我们抛开杂念,一同走进最抽象,最富有色彩的宇宙学时间箭头的问题中去吧!

五、宇宙学时间箭头

在这儿我们将主要了解为何无序度增加的时间方向正是宇宙膨胀的时间方向?而为什么不提及收缩相?在除了膨胀相的其它两相(静态相和收缩相)宇宙内部将发生何种情况。

我们可以在弱人择原理(指生命(我们自己)的存在也许确定了我们看到的宇宙的某些性质)的基础上回答前两个问题。因为在收缩相的条件下不适合智慧人类的存在,而正是他们能够提出为何无序度增加的时间方向和宇宙膨胀的时间方向相同的问题。而霍金的《时间简史》关于“为何智慧人类不能存在于宇宙的收缩相中”是这样阐述的:“无边界假设预言的宇宙在早期阶段的暴胀意味着,宇宙必须以非常接近为避免坍缩所需要的临界速率膨胀,这样在很长的时间内才不至于坍缩,……,宇宙将处于几乎完全无序的状态,这时就不会有强热力学时间箭头。由于宇宙已经处于几乎完全无序的状态,无序度不会增加很多。然而对于智慧生命的行为来说,一个强的热力学时间箭头是必需的,为了生存下去人类必须消耗能量的一种形式——食物。并将其转化能量的一种无序形式——热量,所以智慧生物不能存在宇宙的收缩相中。”

由此我们可以清楚地知道,上述解释了为何我们观察到的热力学和宇宙学的时间箭头指向一致。但必须注意的是:不是宇宙的膨胀导致无序度的增加,而是无边界条件引起无序度增加,并且智慧人类只存在于膨胀相中。宇宙学时间箭头指向宇宙膨胀的方向。

有人认为热力学第二定律在哲学上预示了一幅平淡的无差别的,死气沉沉的宇宙图象,即宇宙最终将处于热寂。但是大部分人认为这种描述是错误的,有一种观点认为宇宙是无限的,不是一个孤立体系,宇宙不将处于热寂。还有一种更加亲和的观点,即宇宙内部无时无刻不在发生强烈的自组织现象,从DNA到组织,器官,到整个人类社会,到我们所在的星球,乃至整个星系、宇宙。而正是这种发生在宇宙内部强烈的自组织现象导致“热寂学说”的摇坠。那么人类是否将有可能永存于世呢?

答案是否定的!因为正如我在前面分析到的:三种时间箭头决定了,随着宇宙的继续运转,宇宙的无序度是必然增加的,换句话说,热力学时间箭头的强度将会越来越弱,而智慧人类存在的必要条件是:热力学时间箭头的强度必须大于、等于某一域值A。而一旦热力学时间箭头的强度远低于A时,可想而知人类终究是要灭亡的!

1997年哈勃太空望远镜发现了一颗爆发于110亿年前编号为“1999ff”的超新星。它来自宇宙早期,却有着超出理论两倍的亮度。严密的推断后科学家不得不相信,虽然大爆炸进入减速膨胀的历史,但演化数十亿甚至近百亿后,它又莫名其妙地加速膨胀了起来,让这个宇宙加速的能量从哪里来呢?经过几年的探索,科学家们终于发现了这种“力量”来源于暗能量!宇宙中存在着一种根本不和光发生相互作用,用光学的手段绝对观测不到的物质形态——暗物质,正是由于存在占宇宙95%的暗能量和暗物质,宇宙时刻受到一种强大的斥力,迫使宇宙膨胀。

然而谁也不能保证亿万年后宇宙不会静止,不会收缩!宇宙是否将永远膨胀下去还是个未知数!相比之下我们也许会更乐意去关心宇宙收缩或静止的情况。

那么宇宙收缩时会发生什么情况呢?

宇宙学时间箭头必然反向,于是宇宙的有序度开始逐渐的增加,热力学时间箭头也将必然反向,而这又决定了心理学时间箭头的反向!我们(假设我们还活着)会发现原本打碎的杯子逐渐恢复成一完整的杯子,人们从墓地里出生,变年轻,然后变成婴儿,继而消失在母亲的子宫内……而我们大脑所记忆的会是将来而不是过去,这些现象完全和膨胀的宇宙中所发生的现象相反。好象是关于T做了一次变换。

那么收缩的宇宙中真的会出现这种现象吗?

其实不然,霍金后来也认为“宇宙坍缩时无序度会减小”这中说话是错误的。唐•佩奇指出:“无边界条件没有要求收缩相必须是膨胀相的时间反演。”

无边界条件意味着,事实上在收缩相时无序度继续增加,即热力学时间箭头不将反向。

而在宇宙静止时又会发生什么情况呢?

1951年爱因斯坦创立了著名的广义相对论,1917年,为了抵制宇宙坍缩的想法,引入了“宇宙常数”,他认为我们所处的宇宙是静止的。然而,不到十年宇宙常数很快就被天文学家哈勃写上了死亡名单,宇宙并非静止,而是在加速膨胀!爱因斯坦称“宇宙常数”的提出是他一生中最大的错误。

现在我们将探究的是:宇宙真的静止时会发生什么情况。

假如那三大时间箭头理论都是准确的,稳定的。那么当宇宙在某一时刻突然静止时,我们可以知道宇宙学时间箭头必将突然消失,现在问题是热力学时间箭头会一起消失吗?

答案有两种:一种会;一种不会。(前提还是假设我们存在,不然就没任何意义了。)

我们先来讨论“会”的情况,热力学时间箭头消失,由于心理学时间箭头是决定于热力学时间箭头的,故心理学时间箭头也必将一起消失。如果这样,整个宇宙就无丝毫意义了!物理定律在这里肯定行不通,任何化学反应都将停止,这会是个怎样的世界?

如果是“不会”的情况呢?那么也就只有一种可能的情况了,即热力学时间箭头的总效应为0,继而心理学时间箭头总效应也必将为0。它所提供的情况会是这样:宇宙的某区域热力学时间箭头指向正方向(即宇宙膨胀的方向),而另一区域热力学时间箭头必指向负方向,且它们的总效应为0。而心理学时间箭头的情况同理可推出……我们可以想象那时的宇宙会是怎么个情景,我无法想象。

六、结言

到此我已为大家大体列出了时间方向性所涉及的各个相对浅显的问题,最后我要回答的是“时间方向给了我们什么启示?”这个问题。

它启发我们:为了更好地描述自然界,我们很有必要建立一个比目前理论更深刻,更基本的理论框架!正如文章中提到,经典力学、相对论、量子力学在解释时间的方向性,宇宙的加速膨胀中的暗能量、暗物质及其它一些问题时显得苍白,在这种情况下人们就必须用到量子引力论了。而随着科学的昌明,必将又出现更多,更难的考验!还是杨振宁的那句话:“科学发展的终点是哲学,哲学发展的终点是宗教。”人类科学的越发进步,我们对大自然就越是敬畏!这需要我们的共同努力。


类别:Cos Thought | 添加到搜藏 | 浏览() | 评论 (17)
 
最近读者:
 
网友评论:
1
2007-11-16 21:18
沙发。
 
2
2007-11-16 21:20
晕,好象都是介绍性的。写点自己的想法呀。。。。。
 
3
2007-11-16 21:27
这篇文章是大一时参加什么什么科技什么的比赛的文章。
忘了,当时水平太菜,临时看完时间简史与一些论文,总结出来的,不过文章中还是有自己的想法的。

比如:宇宙的静态相与收缩相。
 
4
2007-11-16 21:37
关于这方面建立的许多模型我是不愿意共享出来的,直到它相对成熟。

要么是这样的状态,要么是那样的状态:即这只薛定谔猫要么是活的要么是死的。我们观察了,那么这个量子态效应随即坍塌,于是我们知道了最终答案。

放松放松。一般在这个领域有一定勇气说话的人,那么这个人必须小心行事,任何的漏洞都将是致命的,显然我还不是这样的人,我顶多算一个爱好者。
 
5
2007-11-16 22:13
时间到现在还是我最捆扰的一个抽象的东西
宇宙在膨胀和时间好象也撤不上什么关系吧,时间和空间不过也不知道有怎样的联系,呵呵
 
6
2007-11-16 22:17
时空为一体,从这个角度来说,宇宙的状态就与时间有关系了。
牛顿的绝对时间观应该抛弃。
 
7
2007-11-16 22:48
理解不了,真的
 
8
2007-11-17 01:21
...
 
9
2007-11-17 02:31
“科学发展的终点是哲学,哲学发展的终点是宗教”很喜欢这句话,觉得说的很有道理!
我一直觉得佛学是一门比哲学还要好的哲学(晕死~~不知道要用什么词来形容好)!
文中有好几句话我觉得你说得好好啊:
“谁又能保证这个理论体系不在将来的某一时刻垮台呢?谁又能保证我们现在所有的自然科学理论的可靠性与稳定性呢?”……
这种精神,我喜欢。呵呵
 
10
2007-11-17 08:48
呵呵,我觉得道家思想更接近这些。
 
11
2007-11-17 09:48
哲学不哲,i don't like.
 
12
2007-11-17 11:21
宇宙是有限的还是无限的 谁可以告诉我哦
 
13
2007-11-17 13:59
进行逻辑思维时,哲学是很必要的。

宇宙有限而无边界。目前是这样的观点。
 
14
2007-11-17 18:57
一个字:牛B
 
15
2007-11-18 10:13
写的挺好。。。。我又想起高三毕业看《时间简史》的日子了。。。
余弦的爱好也很广泛阿~~
其实当初看时间箭头的那些章节都有些不懂,是该重新看看的时候了。
 
16
2007-11-19 09:12
写的很有意思, 好像时间简史。
 
17
2007-12-27 13:06
高中的时候,我就在想DNA、二进制、人工智能、图像识别、语音识别、自我学习……憧憬着自己能把它们弄明白并作出一番成就。
如今大学时代即将过去,面对的是:工作的压力,接踵而来的各式招聘会……
 
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