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《时间的秩序》:时间颠覆的2个方面,让我们了解时间的奥秘

 止观观止 2021-04-19

本文字数6000,预计阅读时间6分钟。

阅读使人充实,分享使人愉悦。文章结尾附有思维导图,帮你梳理文中脉络精华。欢迎阅读,你离知识又近一步。

今天分享的书籍是《时间的秩序》。

本书作者是卡洛·罗韦利,意大利理论物理学家,圈量子引力理论的开创者之一。曾在美国、意大利工作,现在法国带领量子引力研究小组,著有畅销科普作品《七堂极简物理课》《现实不似你所见》。罗韦利以其简洁诗意又充满热情的科普讲述惊艳世界,被誉为“让物理变性感的男人,下一个史蒂芬·霍金”。《七堂极简物理课》这本一百页的小书在意大利出版后创造了惊人的销售成绩,被译为40多种语言,引爆全球科普阅读热潮。

从《七堂课》到《现实》再到这本《时间的秩序》,罗威利的每一本书都不是简单的科普读物。他更关心的是人类,他想从一个物理学家的角度给予我们内心所需要的慰藉。

那么这本书就是物理学与哲学的完美融合,用诗意语言、前沿物理学理论探索时间的本质,颠覆我们的常识与直觉。在我们的直觉里,时间是全宇宙统一的,稳定地从过去流向未来,可以用钟表度量。可罗韦利向我们揭示出一个奇怪的宇宙,在这里,时间的特质一一坍塌,在最基本的层面上,时间消失了。他告诉我们,我们对时间流逝的感知,取决于我们的视角。

《时间的秩序》:时间颠覆的2个方面,让我们了解时间的奥秘

01、时间的颠覆

作者说,运动的物体比静止的物体经历更短的时间段:钟表会记录更少的时间,植物会长得更慢,年轻人做白日梦的时间更少。对运动的物体而言,时间会收缩。

不仅不同地点没有一个单一的时间——甚至对同一个地点而言,单一的时间都不存在。时间长短只与拥有既定轨迹的物体的运动有关。“固有时”不仅与你的位置和与物体的邻近程度有关,还与运动的速度有关。

《时间的秩序》:时间颠覆的2个方面,让我们了解时间的奥秘

1、时间无法统一

假设你姐姐在房间里,你想知道她在干什么,很简单,我们只需要看看她就知道了。那如果你在北京,而你姐姐在纽约呢?嗯,打个电话就可以了。

但这时候你看到的、听到的,并不是此刻的姐姐,你看到姐姐的时候,说明你接受了从姐姐这里传到你眼睛里的光线,光需要花一点时间才能传到你那里,哪怕只是几纳秒的时间。

所以,你看到的不是此刻姐姐在干什么,而是几纳秒之前姐姐在干什么。如果你从纽约打电话给姐姐,姐姐的声音传递到你那里,需要几毫秒的时间,你听到的也不是姐姐此刻的声音,而是姐姐几毫秒之前的声音。

再比如,可能我们会觉得只是几纳秒、几毫秒的差距我们根本就感觉不到,那如果你姐姐在比比邻星b上,光从姐姐这里到你那里,要花4年时间。假设你能用望远镜看到姐姐,你只能知道姐姐4年前在做什么。

这个时候我们需要知道的是,4年后的姐姐,跟此刻的你并不处在同一个时间点。这就是爱因斯坦的相对论告诉我们的真相。在相对论里,时间和空间是不能分开讨论的。可是,我们在定义“现在”这个概念的时候,没有考虑空间因素,只考虑了时间因素。

所以,这个意义上讲,在整个宇宙中并不存在一个共同的“现在”。我们平时所说的那个“现在”,它的有效范围有多大取决于我们限定的精度。如果精度是纳秒,“现在”只存在几米之内;如果用毫秒,“现在”的范围就要大一些,有几千公里。

罗韦利说,“现在”就像是彩虹触碰到森林的交界点,你可以看到它,但是当你走过去的时候,它并不在那里。“现在”不过是人类根据自己的经验产生的一种模糊的感受。时间也一样。

在我们的经验里,逝者如斯,时间是流动的,而且有方向。但是,当代物理学已经证明,这些感觉可能都是错的。

过去我们都觉得时间是统一的,物理学和天文学也都是在描述统一时间中的现象,但是这个统一的时间其实是人为设定的。爱因斯坦告诉我们,并不存在统一的时间,时间非常非常多,时空中的每一个点都有自己的时间。

人类已经发明了比传统钟表更精密的仪器来测量时间的差距,可以证明爱因斯坦的观点。如果你把一个仪器放在山顶,另一个放在海平面,时间在海平面上比在山上流速度更慢。

这个结论已经不只停留在理论,也应用在现实生活中了。GPS卫星的时间跟地面的时间速度不一样,就是因为考虑到了时间流速这种微小的差距。

《时间的秩序》:时间颠覆的2个方面,让我们了解时间的奥秘

2、时间没有方向

时间在物理学里有一个特点,叫作反演不变性(反演就是反过来演示)。如果已经知道行星现在的位置和速度,你就能用方程算出它在未来的位置和速度。但是,你也可以倒着算,算它在过去的位置和速度,这就叫反演。

罗韦利说:这就是物理学方程里透露出的关于时间的秘密——时间其实没有方向。

而我们认为时间是有方向的原因与热量有关。这是因为在物理学方程式里,有一个方程是不能反演的,就是热力学第二定律。这个定律的核心就是热量只能从高温物体传到低温物体,反过来就不行。

举个例子:

如果你看到一段视频里有一颗球在滚动,你其实没办法分辨视频是在正常播放,还是倒放,也就是说,视频里的时间对你来说没有方向。

但是,如果球停下来,你就能确定它肯定不是倒放,因为你知道小球动起来之后会受到摩擦力,所以才会减速到静止,你就知道了小球的时间方向,而同时你也知道,摩擦会生热。这就可以说明,我们感知到时间有方向和热量有关。

描述热量变化的变量叫作“熵”。李剑龙老师告诉我,正因为时间和热量变化有这种关系,所以物理学家都在猜想,时间的流逝和熵的增大很可能是一回事,是同一件事情的两种不同表现。

罗韦利提出了他最具颠覆性的观点——时间并不存在。熵的增大就是从有序到无序的过程。

罗韦利说:有序和无序本质上是人主观的判断,不是客观的现象,所以宇宙中其实并不存在熵增,也就没有一种客观存在的时间。

那为什么有序和无序是主观的判断呢?

书中有这么一个例子:假设我们有一副牌,前26张是红色的,后26张是黑色的,这个时候我们认为这副牌是有序的。

然后洗牌之后,顺序被打乱了,最初的有序变成了无序。作者就说,这个时候我们认为有序到无序是因为我们关注的是颜色。

《时间的秩序》:时间颠覆的2个方面,让我们了解时间的奥秘

如果我们关注的是数字,那么就没有意义了。

比如,2467和7642,无论怎么洗它都是无序的。洗牌这个变化,是从有序到无序,还是从无序到无序,是由我们的主观选择决定。

如果我们把扑克牌所有的变量—颜色、数字还有其他的因素—都考虑进去,我们很难说任何变化是从有序到无序。宇宙也一样。

宇宙在变化,就像洗牌一样,其中的变量比扑克牌要复杂的多。我们认为宇宙处在熵增的过程中,是从有序到无序,很可能只是因为我们选择了特定的变量来观察宇宙。

作者说,他所研究的圈理论的成果可以佐证这个观点。他们发现,如果从量子的尺度来观察,量子的变化毫无规律,这些量子只是突然出现,又消失了。

但是,如果我们从人类的尺度观察,就会觉得量子的变化好像是有序的。人的尺度是模糊,一定会忽略掉很多变量;而量子的尺度就是绝对精确的,不会忽略某些变量,相当于考虑到了所有变量。我们观察到有序,是因为在人的尺度上只能模糊地观察,无法观察全部的变量。

我们只能用一种模糊的方式来看待宇宙。我们才会觉得某些排列是有序的,才会觉变化的过程是从有序到无序,才会觉得存在熵增,存在时间。如果我们能够达到量子级别的精确,熵增也就不存在了。宇宙中没有客观存在的时间。

“现在”不过是人类根据自己的经验产生的一种模糊的感受,“时间” 本身很可能也只是人类根据自己的经验产生的一种模糊的感受。

也就是说,宇宙不存在单一的时间,每个轨迹都有自己的持续时间;根据位置与速度,时间会以不同节奏流逝;它是没有方向的:在世界的基本方程中,过去与未来的区别并不存在;方向性只在我们进行观察并忽略细节时偶然出现。在这种模糊的视角下,宇宙的过去处于一种奇特的“特定”状态。

“当下”的概念不再奏效:在广袤的宇宙中,没有我们可以合理地称为“当下”的东西。决定时间长度的物理基础不是一个区别于世界其他组成部分的独立实体,而是动态场的一个方面。它会跳跃、涨落,只在相互作用时实体化,在最小尺度之下无法被发现。

02、没有时间的世界

作者说,基本方程中“时间”的消失并不意味着世界会静止不变。恰恰相反,这意味着变化普遍存在,无须被时间国王指挥;无数事件不必有序排列,或沿着单一的牛顿时间轴,或遵循爱因斯坦精妙的几何学。

世界的事件不会像英语那样形成一个有序的队列,而是会像意大利语那样混乱地挤在一起。

1、时间由事件组成

时间虽然不存在了,但是世界上依然有事件、变化和关联。他的意思是说,不管我们在哪个尺度上观察,唯一不变的规律就是世界在变化。跟变化相对的,是静止。在我们一般的认识里,静止的是物体,变化的是事件。

作者说,整个科学的发展都在告诉我们,认识世界应该基于变化,而不是静止。那些揭示出真相的理论,不管是牛顿力学还是量子力学都是在描述变化,描述事件是怎么发生的,而不是物体是什么样的。

量子的世界就是一个不断变化的世界。从量子的视角来观察的时候,世界不再由物体组成,而是由事件组成。我们所理解的物体不过是量子世界里更长久的事件而已。

物体与事件的区别在于,物体在时间中持续存在,而事件的持续时间有限。石头是典型的“物体”,我们可以问它明天在哪里。与此相反,亲吻是一个“事件”,问这个吻明天在哪儿是没有意义的。世界由亲吻的网络构成,而非石头。

就好比,最坚硬的石头其实也在变化。石头是量子场的复杂振动。它也可以看作是力的瞬间作用,是粉碎重归尘土前短暂的平衡。这就是圈理论为我们描绘的世界。世界不是物体的墙,而是事件的网,它不能持久,它不断转化。

罗韦利说,这或许不是学界已经公认的最佳答案,但是这是他目前所知的唯一自洽的答案了。

《时间的秩序》:时间颠覆的2个方面,让我们了解时间的奥秘

举个例子:

云不是物体,是风吹过山上时空气中水蒸气的凝结,它也是事件的集合。人也不是物体,它是信息、光、语言进进出出的复杂过程,是社会关系、情感交流网络中的一个结点。人也是事件的集合。

那么,如果时间不是世界的基本规则,我们人类称之为 “时间”的东西,究竟是什么呢?我的手表测量的是什么?总是向前奔跑,从不倒退的感觉又是什么?

爱因斯坦晚年曾经说过一句话,他说:像我这样相信物理的人都知道,过去、现在与未来之间的区别,只不过是持久而固执的幻觉。

很多人引用这句话,因为他们觉得爱因斯坦是在讨论物理学里时间的本质。但是罗韦利说,人们其实误解了爱因斯坦的意思。爱因斯坦这句话是写给他好朋友的妹妹的,因为他的这位好朋友刚刚去世。

这句话前面爱因斯坦还说了一句话:“现在他(米凯莱)从这个奇怪的世界离开了,比我先走一步,但这没什么。”然后他才说,“像我这样相信物理的人都知道,过去、现在与未来之间的区别,只不过是持久而固执的幻觉。”

爱因斯坦在这句话里其实没有涉及物理学家所理解的时间,他的这种感受来自对生命的体验,生命脆弱,短暂,充满幻觉。

罗韦利说:这段话谈到的事情比物理本身还要深刻。爱因斯坦背后的意思是,时间因为我们才产生。

2、时间流逝为何如此真实

时间之所以会从没有时间的世界中显现出来的,也是因为我们。时间流动和熵增有关。熵其实是一个相对的量,就像速度,一定得有一个参照系。当你说一列火车速度快,一定有一个更慢的东西在跟它比较,可能是另一列火车,也可能是一个奔跑的孩子。熵也一样。

熵增不是世界本身的一种状态,而是相对于我们的一种状态。在我们看来,遥远的过去世界的熵很低,世界处在熵增的过程中,所以一切从有序走向无序,有了过去和未来。这只是描述世界的一种方式而已,是我们选择了这种特殊的描述方式。

我们所在的世界,很可能只是宇宙的一个子集。在这个子集里面,我们观察到了扑克牌的颜色这个“特殊”的规律,也就是熵在增大,所以我们认为过去的熵很低,所以热力学会第二定律成立,所以世界会有进化、生命和思想。

但为什么我们会属于这些特殊的系统呢?苹果长在喝苹果酒的北欧,葡萄长在喝葡萄酒的南方,和这个是同样的原因。或是在我出生的地方,人们居然刚好说的是我的母语;或是温暖我们的太阳与我们的距离刚好合适——不近也不远。

这些例子里,“奇特”的巧合都源于把因果关系搞反了:不是苹果长在了喝苹果酒的地方,而是在有苹果的地方,人们才喝苹果酒。这样说的话,就没什么奇怪的了。

书中有这么一个寓言故事:

公元1世纪用巴利文写成的佛经《那先比丘经》中,那先比丘(Nāgasena)回答弥兰陀王(King Milinda)的问题,否认了他作为实体的存在:

弥兰陀王对智者那先说:“师父,您叫什么名字?”

智者说:“大王,我被称为那先。那先只是个名字、称呼、符号、一个简单的词语,这里并没有人。”

国王被震惊了:

如果没有人存在,那在这儿穿着衣服还能吃东西的是谁呢?他接着问道:头发是那先吗?名字是那先吗?感觉是那先吗?

智者回答说:这些都不是。看起来,国王似乎赢了这场辩论,如果这些组成部分都是不是那先,那先一定是别的什么,也就是我们一般所理解的眼前的这个人。

智者反驳到:轮子是战车吗?车轴是吗?底盘是吗?战车是这些部分的总和吗?国王说:“战车”当然指的只是车轮、车轴、底盘这个整体的关系,以及与我们有关的整体运转——超越这些关系与事件,并不存在一个“战车”实体。那先胜利了,和“战车”一样,“那先”这个名字命名的只不过是关系与事件的集合。

我们是过程、事件、复合物,并且受限于时空。但如果我们不是一个单独的实体,那么是什么建立了我们的身份和统一性呢?是什么造就了这一切?是什么让我认为今天的我与昨天的我是同一个我,明天的我也是如此。

基于这一点作者给出了我们三个要素:

a、每个人都有一种视角

通过对我们生存必不可少的广泛关联,世界在每个人那里得到映象。我们每个人都是复杂的过程,反映着世界,并以严格整合的方式,对我们接收到的信息进行加工和阐述。

b、组织为实体

我们会在一个大致均匀稳定的连续过程中,尽我们所能地通过聚合与分割来构想世界,与世界更好地相互作用。与其他团体建立联系:我们从同类那里得到反馈,形成自我观念,我们正是这种观念的映象。

《时间的秩序》:时间颠覆的2个方面,让我们了解时间的奥秘

c、记忆

记忆就是把分散在时间中信息组合起来,是大脑处理信息的一种方式。最新的神经生物学研究发现,大脑里有一些基本结构,它记录的不是瞬间的现象,而是运动的过程。

一个物体出现在一个位置,又出现在另一个位置,大脑不会收到两个不同的信号,只会收到一个信号。

就像你听到一个音符的时候,大脑会把前一个音符和这个音符组合在一起,你听到的才有可能是一段旋律。记忆把分散在时间中的过程联结在一起,而这个过程组成了我们。在这个意义上,我们存在于时间中。

关于时间,作者最后的结论就是:时间不是世界的基本法则,而是我们人类在特定的子集,从特定的视角观察世界的时候,从世界中显现出来的。

书里反复了引用了《俄狄浦斯王》里智者对俄狄浦斯的忠告:停下来,不要再调查了,否则,你会找到你自己。

在这场关于时间的追问中,我们最终找到了我们自己。

最后的话:

借用作者的话:我不是此刻靠在沙发上在电脑上打下字母“a”的这副躯体,我是自己的念头;我是我的热爱,我的绝望。我是那个一分钟以前为自己泡了杯茶的人,那个刚刚写下正在完成的这个句子的人。如果这一切全部消失,我还在吗?

我们是故事,被置于眼睛后方二十厘米的复杂之地,我们是事物混合在一起留下的痕迹画出的线,朝向熵增的方向,朝向未来的时间。

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