自然科学似乎有预言的能力——它们能做出惊人的预言!这种预言能力就是自然科学对自己的关键要求,也产生了许多令人印象深刻的成就。子弹的飞行、材料的表现、光线在太阳附近的偏转或黑洞的外观都可以被极好地预测。即使是天气预报现在也相当有用,人们甚至在平心静气地工作并预测大流行病的进程。一切都会在某个时候被预测,未来的一切都已经被决定了吗?我们的直觉抵制这种想法——幸运的是,这是正确的。
当我还是个少年时,我想过什么是时间。我把时间想象成笼罩在浓雾中的森林,我不得不在其中穿行而不能停下来。只有上帝能从上面看到这个迷雾森林中所有可能的路径,同时看到过去和未来。然而,我自己却只看到身前和身后的一部分道路。在我面前,未来逐渐从不确定的阴霾中浮现;在我身后,过去逐渐消失在我记忆的迷雾中。有时我匆匆穿过森林,有时我慢慢走,只是我不能停下来。在每个十字路口,我都会做出新的决定。因此,我的道路发生了变化,通向一个新的不确定的未来。其他人在云雾森林中走自己的路,有时我遇到他们,有时我们一起走,有时我们又失去了对方的踪影。
但为什么穿过云雾森林的道路只通向一个方向?为什么现实生活中的时间总是往前跑?为什么时间之箭只指向一个方向?为什么我们对未来的看法是有限的?
在空间中,我们可以向前和向后,向左和向右,向上和向下移动。在太空中,我们也总是可以返回到同一个地方。但在时间上,我们无法做到。物理学中的许多方程都包含时间作为参数,你可以像电影一样在那里来回运行。在现实生活中,这是不可能的,即使有时你很想回到过去。
为了理解这些问题,你必须把物理学的所有领域放在一起看:最小的理论——量子物理学,最大的理论——相对论,以及众多粒子的理论——热力学。
有一件事是清楚的:没有时间就没有发展。时间既是一种诅咒,也是一种祝福。我们的出生和经历与我们的衰退和死亡一样,都归功于它。谁有时间,谁就有开始和结束。在一个静态的宇宙中,将没有什么可以遭受和失去,但也没有什么可以体验和发现。
一般来说,物理学中时间的出现被解释为熵的后果——不可阻挡的衰败。与许多其他物理学定律不同,热力学关于熵的主要定律只有一个方向:它必须增加。就像时间一样。因此,过程变得不可逆——它们在时间上只向一个方向运行。一旦你烧了一本书,用它来加热蒸汽机,同样的书就不会再从书的灰烬中自发产生。无论在哪里做工作,无论在哪里消耗能量,都会有一点能量流失,并以日益紊乱的形式消逝。当我们生活、呼吸和运动时,我们消耗能量,增加熵。所以任何活着的人在时间上只能朝一个方向移动。
引力也是一个奇怪的单行道。电荷可以是正的或负的,相互吸引或排斥,磁场有南北两极,只有引力没有对应的。质量只会相互吸引。一块石头在地球的引力场中总是往下掉,而黑洞总是由于质量而变大。
然而,恰恰是这种单向的交通,首先使发展成为可能。如果宇宙大爆炸后没有引力,气体和物质就会在虚无的空间中消失。恒星和行星就不会形成,人类也不会进化。没有引力,太阳就不会燃烧,植物就不会生存,人类就不会吃饭。我们的存在归功于引力。
熵总是在增加这一令人沮丧的命题也有一个积极的变体:通过有选择地使用能量,我可以在某些地方减少熵。只要有一点能量,我就能把孩子们的房间整理好;只要有一点能量,我就能写一本书——以宇宙的总能量为代价。只有时间和引力的箭头允许空间中的创造性岛屿。最大的问题只是:所有这些起源能量来自哪里?这仍然是我们宇宙的伟大奥秘之一。
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