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从小老师就告诉你“一寸光阴一寸金,寸金难买寸光阴”。
掉在地上摔碎的玻璃杯无法自动复原,英语考试时的听力材料错过了也不能再听一次。每过一天日历会撕掉一页,每次生日你都长大一岁。这一切现象都指示着,时间一直在向前流逝。假如我们走错了路,只需要调个头原路返回就行了,可时间一旦流走,就再也没有重来的机会。
这些都是你认为理所当然的事,不过它们被物理学家专门用“时间箭头”这个概念来描述。时间箭头永远指向一个方向,从过去到未来。我们可以根据自己增大的年龄来深切地感受时间的流逝,那么宇宙呢?浩瀚而静谧的宇宙里,时间箭头又体现在何处?
这首先要从一个新的物理名词说起——“熵”。当你刚拿到乐高积木的时候,它们是一些杂乱而无序的拼图块儿。经过千辛万苦的努力,一个成型的积木诞生,它看起来更为整齐有序。物理学家用“熵”来描述一个系统的有序程度,越混乱无序的系统,熵值就越高。所以,散乱的乐高积木块比成型的乐高积木熵值更高。我们都知道,想让乐高变得有序很费劲,可把搭好的积木弄散乱就要容易多了。换句话说,让熵值变大是一件相对简单的事。
其实,从乐高到宇宙,遵循的都是类似的规律。每一个孤立系统中,自发状态下的熵值总是增大的。这便是时间箭头的一个最典型的表现。要想判断两种状态哪个先产生,哪个后产生,只需要比较它们的有序程度就行了。时间箭头,指向熵增方向。
时间箭头的另一个指向,体现在宇宙学尺度。宇宙诞生于大爆炸,之后便一直在经历着膨胀过程,因此,时间箭头指向宇宙膨胀的方向。说到这里你可能会想,既然如此,如果宇宙开始收缩了,是不是就意味着时间可以倒流了呢?毕竟这件事情从整个宇宙维度来看,短期内不会发生,不过有一个地方倒是可以接近这样的设想。那里引力非常非常大,天体物质因此呈现出坍缩状态。
说到这里你一定猜到了,是神秘的黑洞。很多科幻小说都设想过在黑洞里发生时间倒流的桥段。的确,在黑洞中物质是在收缩的,无序程度也在变小。同时,相对论也会告诉你,引力增大会让时间的流逝变慢。只不过……就算真的进入黑洞,还没等你体会到时间静止所发生的怪异事件,你的身体就已经被巨大的引力撕碎了。黑洞对科学家而言还很陌生,更没有人去过那里。所以在那里的时光究竟是什么样的,我们似乎也不得而知。
在目前所知的世界里,没人能说出时间箭头的原理是什么,但宇宙万物都在时间箭头的指示下运转着。不仅是科幻小说家,相信你也幻想过拥有一台时光机器,坐着它去跟未来的自己打个招呼。其实,按照相对论,在超快的运动速度或者超强的引力场下,时光流逝确实会变慢。但遗憾的是,技术的限制使得现实世界不存在任何一台时光机。
所以,现在你唯一能做的就是把握好每一寸光阴。
参考资料:
1.「英」斯蒂芬·霍金 《宇宙简史 起源与归宿》 译林出版社
2.《万物》11期 《时间旅行新手指南》
作者:比邻星
审稿:于颖卓,中科院地理科学与资源研究所博士
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