用洛伦兹变换和相对论解构时间——时间确实不存在,源于人类无知( 二 )


用洛伦兹变换和相对论解构时间——时间确实不存在,源于人类无知
文章插图


有必要再看一遍图6中的洛伦兹变换方程。在我们的日常生活中,速度和距离(用v和x表示)通常都很小。当
时间不是普遍存在的
我们粉碎牛顿绝对时间观的第一个支柱,时间并不是普遍存在的。你现在发生的事情可能存在于我的过去或未来,它也可能既不在我的过去,也不在我的未来,而是在一个无法到达的时空区域。
你认为将来会发生的事可能在我过去就已经发生了。不同的观察者目睹两个不相关事件的顺序是不固定的,亚当可能会说事件P发生在事件Q之前,而夏娃可能会说事件P发生在事件Q之后。在这种情况下,过去导致现在,现在导致未来,这是一种美好而清晰的关系。事实上,因果关系本身是崩溃的。详细请看我的上一篇文章(
时间不是独立存在的
1905年对物理学来说是非常特殊的一年。爱因斯坦在狭义相对论中表明了空间和时间以及质量和能量之间的依赖关系。1915年,作为广义相对论的一部分,爱因斯坦进一步将时空和质能等价结合起来。
减慢时间的不仅仅是速度,引力也起了作用。实际上,质量使时间减慢,而引力就是时间的减慢。如果物体掉下来,那是因为地球是一个巨大的物体,它使它附近的时间减慢了。在没有引力的情况下,时间会匀速流逝,物体会漂浮而不会掉下来,就像在外太空一样。

物理学家卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli)在他的《时间的顺序》中描述了亚里士多德和牛顿如何在时间和空间的本质上产生分歧。如果一切都不变,时间还会存在吗?亚里士多德会说不会,而牛顿会说会。在绝对的空无一物中,空间还存在吗?亚里士多德会说不会,而牛顿会说会。然后罗韦利诉我们,亚里士多德和牛顿的观点的综合是爱因斯坦对物理学做出的最有价值的贡献。
爱因斯坦说,即使没有有形物质,时间和空间也确实存在,但它们不是绝对的。它们和桌子、椅子、质子和电子等其他东西是由同样的材料构成的。时空是一个引力场。像其他场一样,它既不是绝对的,也不是统一的。它影响其他场,反过来又受到它们的影响。

过去和未来
我们相信,过去和未来之间存在着根本的区别。过去已经发生了。我们可能不记得所有的细节,但我们知道发生了什么。我们无法改变过去。
另一方面,未来还没有发生。所有的可能性都是开放的。计划财务、与配偶交谈、与雇主谈判、自我反省、锻炼、学习——所有这些我们做的事情都是为了塑造我们想要的未来。


区分过去与未来的物理定律只有一条,那就是热力学第二定律。它指出,一个孤立系统的总熵只能增加或保持不变,而绝不能减少。那么熵是什么,它和时间有什么关系?
数学上,熵由下面的公式给出:
用洛伦兹变换和相对论解构时间——时间确实不存在,源于人类无知
文章插图

其中k代表玻尔兹曼常数,W是给定宏观状态的可能微观构型的总数。
如果一个系统从低熵状态开始,很明显为什么它的熵只会增加,因为任何分子的随机运动都很可能将系统带入一个更无序的状态。如果一个茶杯掉下来摔碎了,它的分子会以几乎无限种方式分散。破碎杯子宏观状态的可能微观配置的数量W远远大于完整杯子宏观状态的微观配置的数量。因此,我们经常看到一个茶杯碎成无数的碎片,导致它的熵值增加,但我们从来没有看到破碎的玻璃碎片自发地重新排列形成一个茶杯。
让我们再举一个例子。轻轻地向一杯黑咖啡中倒入一些牛奶。牛奶在顶部形成一层清晰的奶层。现在,不要管这个系统。当杯子里的分子随机地快速运动时,两层就会慢慢混合,导致熵的增加。但反过来,在一杯混合了牛奶的咖啡里,分子随意地旋转,偶然地重新排列成一层层整齐的牛奶和黑咖啡,这是不可能的!
时间之箭
一个物理系统总是从一个低熵的结构发展到一个高熵的结构。这种单向的熵值不断增加的趋势,给了我们时间从过去流向未来的感觉。这就是时间不可逆的原因。
宇宙开始于低熵状态,这就是生命存在的原因。熵从那以后一直在增加。我们的太阳最终会消亡。银河系的所有恒星最终都会消亡。整个宇宙将慢慢崩溃,最终达到最大熵或热平衡状态,能量和物质将在整个宇宙中扩散,使其成为一个寒冷、黑暗和荒凉的地方。
但想想这个,如果宇宙开始时处于高熵状态,恒星就不会被创造出来,就不会有地球,也不会有我们。为什么宇宙开始于一个异常低熵的状态是一个谜,但是它不可阻挡的向更高熵的状态的进化是时间的本质。

推荐阅读