热黑洞与时间之箭:解开时间之谜的关键

2017年04月20日 09:58 新浪综合
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  来源:大科技公众号

  什么是现在?

  物理学通过公式来描述世界,用时间函数告诉我们事情如何变化,但这并不能解释时间是什么。我们可以写公式,来告诉我们事情与地点之间的关系,或者一碗牛肉拉面的味道与加入的辣椒量之间的关系。然而,与时间相关的问题是截然不同的。时间似乎始终在流逝,而地点或辣椒量并不会流逝。那么,差异来自哪里呢?

  这个问题的另一种说法:现在是什么?我们只能说现在的事情存在,过去的不再存在,未来的还没出现。但是在物理学中却没有对应于“现在”的概念。

  “这里”的意义取决于说话者究竟在哪,它是一个主观的词语。没人会说在“这里”的事物是存在的,而不在“这里”的事物是不存在的。那么,为什么我们会说“现在”的事物是存在的,而其他的一切不存在?现在的事物真的是客观的、流逝着的,使得事情一个接一个存在?或者,它不过是主观的,就像“这里”一样?

  这个可能看起来像是一个深奥的心理学问题,但是现代物理学却使它成为一个大问题。物理学家们都认为,把“现在”应用于整个宇宙是行不通的,因为爱因斯坦的狭义相对论已经表明现在也是一个主观的概念。1955年,爱因斯坦得知他的老朋友、物理学家米歇尔·贝索去世时,他在给贝索的家人的信中还说:“他比我稍微提前离开了这个奇怪的世界,这并没有什么,对于我们这些相信物理的人来说,过去、现在与未来的区别只是一种固有的幻觉。”

  不管是不是幻觉,我们该如何解释能感受到时间流逝这个事实呢?时间的流逝对我们所有人来说都是显而易见的。我们的语言组成就需要时间——一个东西“是”或“曾是”或“将是”。德国哲学家马丁·海德格尔还强调过,我们是“住在时间里”的,还认为时间的流逝是一切的基础。但是过去多次的经历,使得我们已经意识到我们的直觉并不是很准确的。因为我们的直觉是在我们有限经验的基础上发展起来的。如果我们坚信直觉,那么我们仍会相信地球是平的,它被太阳环绕。但当我们从更高的地方看,我们就会发现地球是球形的。

  尽管时间的流逝可以生动地呈现在我们面前,但它未必反映的是一个现实的基本方面。如果它不是基本的,那么它来自哪里?

热与时间有关?热与时间有关?

  从某种程度上说,答案可能藏在时间与热的亲密联系之中。过去与未来唯一一个可检测的区分,就是当热发生流动的时候。与热相关的是概率——大量粒子的统计运动,而概率与下面这种事实相联系:我们与周围世界互动时,无法完全掌握现实中的各种细节。这意味着,时间并不属于一种精确的描述,相反,它是属于统计学和热力学领域里的。而这可能就是解开时间之谜的关键。

  我们的记忆、意识可能就是建立在这些统计现象之上的。对于一个假想的超级存在者,如果他知道世界任何细节之处,那么他就感知不到时间流逝,宇宙僵死,过去、现在和将来是一整块儿,正如爱因斯坦所描述的那样。但是由于我们意识的局限性,我们只能得到世界模糊的印象,生活在时间之中。在这有限的关注能力下,我们得到的是对时间流逝的感知。

  所以说,从客观意义上来说,就像“这里”并不是真的存在一样,“现在”也并不存在。

  黑洞揭示一切?

  就是这样了吗?不,还有许多地方需要去理解。时间问题正好位于引力、量子力学和热力学交叉的中心。然而,我们还没有一个理论能把这三个至关重要的学科涵盖起来。

  一个能指引到时间本质的小线索,则是来自斯蒂芬·霍金的计算。霍金证明黑洞有温度:它们总是热的,就像一个火炉一样发热。然而从来没有人观测到这种热,因为它极其微弱,但霍金的计算是令人信服的,它以不同的计算方法被证明。黑洞有温度是公认的事实。

  黑洞的热是一个量子效应,而黑洞还是一个强引力场源。所以说,这种现象涉及三个方面:量子力学、广义相对论和热力学。而时间也与这三个方面紧密联系。物理学家还有很长的路要去理解黑洞,但就像最近探测到黑洞碰撞产生的引力波等的重大发现,他们已经越来越接近答案了。

  黑洞的热就像物理学的罗塞塔石碑,用三种语言刻成的,它等待着人们来翻译破解,并揭示出时间的本质。

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