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飛得越快,樓燕的世界則慢──《變身野獸》

PanSci_96
・2017/08/27 ・4077字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 475 ・五年級

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  • 【科科愛看書】天天都覺得心好累、人生好難?那就讓我們放棄當人,跟著搞笑諾貝爾生物獎得主一起《變身野獸》吧!作者為了對動物的日常生活感同身受,不惜親身迎接各種挑戰,吃貓罐頭、用牙齒捕魚、隨地排泄(?)如果你想擁有「不當人的勇氣」,絕不可錯過這份獨一無二的動物生活札記!

眼神犀利,貪吃也不怕被蜜蜂刺

盛夏的天空通常是一塊嚴格分層的鳥類三明治。樓燕在最上層覓食,岸燕(martin)在牠們下方,家燕(swallow)則用尾波掃動青草尖端。樓燕有時會切進岸燕的地盤,而當天空變得厚重,充滿潮濕的電力,樓燕還會繼續往下,飛進家燕的田野和湖泊。

樓燕吃東西很講究挑剔。儘管牠們一天抓五千隻以上的昆蟲,嘴巴張開跟一張拖網一樣寬,卻很少真的拉開網子捕食。牠們喜歡大型不帶刺的昆蟲,願意為了吃這種蟲而飛離航道。牠們很擅長辨別極細微的差異。比如獵食蜜蜂時,牠們只挑沒有毒刺的雄蜂。各位不妨試試用 15 m/s 的速度辨別雄蜂和工蜂。樓燕並不是看到外表危險的昆蟲就隨便抓,因為牠們也會吃其他偽裝成蜜蜂和黃蜂的無刺昆蟲。我們不曉得樓燕如何分辨雄蜂工蜂,但肯定是靠視覺。

樓燕有時會切進岸燕的地盤,而當天空變得厚重,充滿潮濕的電力,樓燕還會繼續往下,飛進家燕的田野和湖泊。圖/ By Tomasz Kuran @ wikimedia commons

樓燕是一群猛禽,是從空中盯住目標的獵犬,牠們猛撲起來跟㹴犬沒兩樣。牠們有兩個眼窩:一個比較淺,單眼用;另一個是比較深的放大鏡,深眼窩大概也可以當成雙筒望眼鏡,用來計算快速移動的昆蟲距離。

樓燕好比獵豹(cheetah)或遊隼,一發現囊中物,就會依照獵物體型保持一定距離,如同遊隼跟鴿子、獵豹跟湯氏瞪羚(Thomson’s gazelle),或者我跟對面山丘的赤鹿。每隻獵食者都有相同的視覺空間問題要解決。樓燕跟遊隼一樣,會一邊點頭一邊接近獵物,不斷切換宏觀和細節的視角。有效運用深淺眼窩,才能避免吃到那根毒刺。

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無聊嗎?來打打獵吧!

樓燕平時在天空平原純以獵捕為樂,但要是煙囪自動送上新鮮大餐,樓燕也會毫不客氣地大快朵頤。

有一次我正巧目睹一場獵殺派對,那時我正拖著一個小小孩要送去托兒所壓制一陣子,突然路邊樹林上空爆出一群黑壓壓的尖嘯火花。樓燕出現在剛從樹頂送上去的大餐前,每一隻都不浪費任何時間急轉彎,一個勁地開路,擠過左右張嘴的頭,想辦法飛到蟲子最密集的區域。

我們跑到街道對面,我叫三歲的孩子躲在蕁麻裡,我則盡可能爬到最高的樹頭,那棵樹可真夠高。我坐在樹頂下第一個分岔的樹枝,一頭探進三角洲的獵殺地帶。

我看見一條舌頭,短短粗粗,又灰又乾。我看見自己,一臉痛苦又瞠目結舌的表情,一股冰涼的電氣往下撫過臉頰。我猛咬住一整口的幼蟲,吐到一台從 275 公尺外送小孩來的全新賓士車頂。

這是我最接近樓燕的一次。至於要變成樓燕?我不如直接扮上帝算了。

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我替自己繫好吊帶,任由降落傘把我拖向天空。我嚐到了高空的滋味,但我的味覺本來就是設計給約身高六呎(183 公分)的高度,而不是 1.8 公里。我聽到了狂風的怒吼,但我的耳朵只是固定在大頭兩側、不斷翻動的器官,被持續湧出來的強風往下壓。上升的時候,我沒能去感受隨高度變化的氣溫。我因滿心恐懼又滿腦子思緒而漲紅了臉,無暇注意溫度,身體其他部位則包在羊毛和尼龍裡,碰不到空氣。

外表可愛的樓燕其實會以獵捕為樂。圖/By Klaus Roggel @ Wikimedia commons

天空才是我的家:遠離塵世的鳥兒

樓燕靠呼出的空氣形狀來感覺地面距離,並仔細嗅聞一整排的氣味高柱。牠們在地球的反射影像(就跟太妃糖蘋果一樣又密又黏)中狩獵。

我從樹林和田野往下看,就只看到樹林和田野。樓燕則看到提供外送服務的披薩店。你不必親自跑一趟,只要打一通電話,跟另一頭空洞的聲音點餐就行了。你不太清楚那裡到底有什麼,從來也沒細想過,只大概知道位置。如果非說不可,你大概會把那家店當成地標,用來指明去別處的路(就像樓燕會用路上標誌來辨認方向)。但是這地方除了供應披薩之外,其他絲毫引不起你的興趣。樓燕的家在空中,地面只負責運送食物。

難怪詩人總把樓燕形容成遠離塵世的存在。若真有生命能存在於天上,那就非樓燕莫屬。

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要變成樓燕,最大的問題不是牠們在空中,而我在地上。速度才是棘手之處。人類的速度慢到不行。人類和樓燕眼中的空氣質地差異頗大,但比起兩方生活步調的差異簡直不算什麼。

樓燕的生命,就是無止盡的奔波

就壽命而言,樓燕跟許多人類有得比。最長壽的樓燕活了 21 年。真正的差異在於牠們每一年投入的生命多寡。

以下是一點算數,因為數字也能透露出某種真相:

每年春天和秋天,樓燕從牛津飛越 9 千公里左右到剛果,等於一年 1 萬 8 千公里,這還不包括日常生活移動的距離。秋天 66 天(飛行 30 天,停留 36 天),春天 26 天(飛行 21 天,停留 5 天)。

算起來秋天每日平均飛 300 公里左右,春天每日平均約 430 公里。

我們可假設停留期間每天飛行 75 公里覓食、遨翔、睡覺、歡欣鼓舞,而非遷徙期間則每天飛 100 公里。這樣一來:

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春季遷徙:9 千公里+停留期間 375 公里

秋季遷徙:9 千公里+停留期間 2700 公里

其他時間:273 天×一天 100 公里=2 萬 7 千 3 百公里

一年總計:4 萬 8 千 3 百 75 公里

乘以 21 年就是 101 萬 5 千 875 公里,大約是地球到太陽距離的 1/150,或者地球到月亮距離的 2.6 倍。

樓燕身長約 16.5 公分,我身高約六呎(183 公分),差不多 11 倍。如果按照這個比例,我在 21 年要行走的距離等於地球到太陽距離的 1/13,或者地球到月亮距離的 29 倍。若繼續保持這個速度,等我活到 84 歲(長壽樓燕換算成長壽人類的年齡),我就會步行地球到太陽距離的 1/3,或者地球到月亮距離的 116 倍。

但樓燕的一生不只是遷徙和殺生(雖然一想到每隻樓燕要做數百萬次的評估、緊密瞄準、轉頭、掠食就已覺得很驚人)。21 年中牠可能會繁殖 19 次,每一季出生的雛鳥最高平均 1.7 隻,等於繁殖期總共生出 32 隻雛鳥。乘以 4 倍後,等於我要生 128 個小孩。

以樓燕的時間來說,作者要生出 128 個小孩。圖/By akshayapatra @Pixabay

以上是牠們花時間做的事。但牠們能理解自己在做什麼嗎?假設(對,這是一個很大膽的假設)樓燕跟人類一樣會看影片,當牠們看著自己的一生,牠們會不會覺得自己飛很快?覺得萬頭鑽動、覓食昆蟲的影像很瘋狂?

如果這些問題具有任何意義,樓燕肯定對速度擁有某種程度的概念,不管多麼粗糙。

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移動越快,世界則慢

蝸牛移動的速度非常非常慢,只能察覺超過 1/4 秒的動作。如果你在蝸牛面前擺動手指一秒超過 4 次,蝸牛只會看到一根靜止不動的指頭。樹懶則是凍結了動作:模糊一切、簡化一切、整合一切,整體的許多細節就在整合中流失。如果時間屬於事物的一部分,那麼事物的獨特部分都將被抹除,而且還讓你以為自己看到事情的全貌。

速度太慢會將時間從視覺中抽離,過度簡化是一種欺騙。

樹懶凍結了動作,模糊一切、簡化一切。圖/ By Christian Mehlführer @ Wikimedia commons

另一方面,只要速度夠快,你就能看見時間的價值,從時間的視角看到你的工作應有的貢獻,並注入複雜和細微的差別。如果你跟某些鳥類一樣,可以聽出間隔短於百萬分之二秒的聲響,你就知道聽起來乏味的鳥鳴其實非常繁複。如果有人類聽得見,他們肯定會被震懾到跪倒在地。

只要解析度夠高,你就能見證奇蹟,包括鳥鳴、視覺、哲學、神學。唯有看不見毛毛蟲的腳像天鵝絨一樣擺動,聽不見藏紅花(crocus)鑽出土壤的咕噥聲之人,才不敬神。通常也怪不得他們。

換一種說法:速度很快的硬體和軟體會讓世界腳步變慢。我得把鳥鳴慢速播放,辨識力很高的鳥兒才會聽到我耳中的版本。如果兩個聲音間隔百分之二秒,我大概就能聽出前後聲。鳥類一秒可以聽完的聲音,我大概要花 2 小時 45 分鐘。

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如果鳥鳴繼續照這個速度播放,而這隻鳥(姑且說是樓燕)活了 21 年,那麼既然牠每單位時間投入的生命是我的一萬倍,這隻樓燕實際上就活了 21 萬年,等於東非第一位現代人類與我們之間的距離。

樓燕眼中的人類,就如蝸牛般緩慢

現在再試著從物理速度來看,我們得悉心注意許多不同的神經型態。蝸牛最快一小時爬一公尺,因此牠們的視覺辨識功能可能極度粗糙。

樓燕長距離遷徙的最高速度紀錄是(顯然是順風飛行)一天 650 公里。春天遷徙的平均速度則是一天 336 公里。研究人員用追蹤雷達測量樓燕的飛行速度,發現春天遷徙時每秒可飛 10.6 公尺,如果持續二十四小時,等於一天飛 916 公尺。

世上速度最快的人類尤塞恩.波特(Usain Bolt)跑百米時一秒最快可達 12.4 公尺,然後一跑完就停下腳步,大口喘氣,旁人立刻替他裹上毯子,遞上運動飲料,還抬到肩膀高度繞場致意。樓燕一天要飛一百公尺的 3360 倍,連續將近一個月,一邊覓食,一邊穿越沙漠、海洋和群岳。相比之下,人類最快的速度也不過跟蝸牛一樣罷了。

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樓燕飛得又快又遠,相比之下,人類就像蝸牛一樣。圖/ giphy

當然,以上理工宅的算數比較法有幾個明顯不受認同的理由,我一邊打字就一邊自行想到一些。這些反對意見我通通同意。但是就算上面的數字毫無價值,還是值得寫出來,方便我稍後提出其他論述。

數字或許是樓燕使用的文法。文法不可或缺,但光有文法寫不成詩。我試著用散文方式寫作,因為一遇到樓燕,任何詩句都一敗塗地。


 

 

本文摘自《變身野獸:不當人類的生存練習》行人文化驗室出版。

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人體吸收新突破:SEDDS 的魔力
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/05/03 ・1194字 ・閱讀時間約 2 分鐘

本文由 紐崔萊 委託,泛科學企劃執行。 

營養品的吸收率如何?

藥物和營養補充品,似乎每天都在我們的生活中扮演著越來越重要的角色。但你有沒有想過,這些關鍵分子,可能無法全部被人體吸收?那該怎麼辦呢?答案或許就在於吸收率!讓我們一起來揭開這個謎團吧!

你吃下去的營養品,可以有效地被吸收嗎?圖/envato

當我們吞下一顆膠囊時,這個小小的丸子就開始了一場奇妙的旅程。從口進入消化道,與胃液混合,然後被推送到小腸,最後透過腸道被吸收進入血液。這個過程看似簡單,但其實充滿了挑戰。

首先,我們要面對的挑戰是藥物的溶解度。有些成分很難在水中溶解,這意味著它們在進入人體後可能無法被有效吸收。特別是對於脂溶性成分,它們需要透過油脂的介入才能被吸收,而這個過程相對複雜,吸收率也較低。

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你有聽過「藥物遞送系統」嗎?

為了解決這個問題,科學家們開發了許多藥物遞送系統,其中最引人注目的就是自乳化藥物遞送系統(Self-Emulsifying Drug Delivery Systems,簡稱 SEDDS),也被稱作吸收提升科技。這項科技的核心概念是利用遞送系統中的油脂、界面活性劑和輔助界面活性劑,讓藥物與營養補充品一進到腸道,就形成微細的乳糜微粒,從而提高藥物的吸收率。

自乳化藥物遞送系統,也被稱作吸收提升科技。 圖/envato

還有一點,這些經過 SEDDS 科技處理過的脂溶性藥物,在腸道中形成乳糜微粒之後,會經由腸道的淋巴系統吸收,因此可以繞過肝臟的首渡效應,減少損耗,同時保留了更多的藥物活性。這使得原本難以吸收的藥物,如用於愛滋病或新冠病毒療程的抗反轉錄病毒藥利托那韋(Ritonavir),以及緩解心絞痛的硝苯地平(Nifedipine),能夠更有效地發揮作用。

除了在藥物治療中的應用,SEDDS 科技還廣泛運用於營養補充品領域。許多脂溶性營養素,如維生素 A、D、E、K 和魚油中的 EPA、DHA,都可以通過 SEDDS 科技提高其吸收效率,從而更好地滿足人體的營養需求。

隨著科技的進步,藥品能打破過往的限制,發揮更大的療效,也就相當於有更高的 CP 值。SEDDS 科技的出現,便是增加藥物和營養補充品吸收率的解決方案之一。未來,隨著科學科技的不斷進步,相信會有更多藥物遞送系統 DDS(Drug Delivery System)問世,為人類健康帶來更多的好處。

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高速移動的話時間流速會不一樣嗎?時間暫停是可能的嗎?——《關於宇宙我們什麼都不知道》
天下文化_96
・2023/11/08 ・2746字 ・閱讀時間約 5 分鐘

我們都感覺到相同的時間嗎?

在二十世紀之前,科學認為時間是普適的:每個人和宇宙中的一切,都感覺到相同時間。那時的假設是,你如果在宇宙裡四處擺滿了一模一樣的時鐘,那麼每個時鐘在任何時刻都會顯示相同時間。畢竟,這就是我們在日常生活中遇到的情況。想像一下,如果每個人的鐘都以不同的速度奔跑,會是多麼混亂!

但後來,愛因斯坦的相對論把空間與時間結合成「時空」*1 概念,改變了一切。愛因斯坦強調,移動中的時鐘運行速度較慢。如果你以接近光速行駛至附近的星星,那麼你體驗的時間,將遠遠少於在地球上的時間。這並不是說你覺得時間過得很慢,像是「駭客任務」中的慢動作鏡頭那樣,而是說地球上的人和時鐘測量到的時間,會比宇宙飛船上的時鐘量到的更長。我們都以同樣的方式(以每秒一秒的節奏)體驗時間,但是如果我們彼此以相對高速移動,我們的時鐘就不會同步。

在瑞士的某個地方,製錶師剛剛心臟病發作。

一模一樣的時鐘卻以不同速度運行,似乎違背了所有的邏輯論證,但宇宙就是這樣運行的。我們知道這是真的,因為我們己經在日常生活中見證了。你的手機(或汽車、飛機)上的 GPS 接收器,會假定繞地球跑的 GPS 衛星時間走得較慢(衛星以每小時數千里的速度,在受地球巨大質量彎曲的空間中移動)。沒有這些資訊,你的 GPS 設備將無法從衛星傳輸的信號中,精確的同步和進行三角定位。關鍵是當宇宙遵循某個邏輯法則時,這些法則有時不見得如你所想。以這個案例來說,宇宙有個最高速限:光速。根據愛因斯坦的相對論,沒有任何東西、資訊甚至是外送披薩的旅行速率,可以比光跑得快。這個速率(每個時段所移動的距離)的絕對上限,會產生一些奇怪後果,並挑戰我們的時間概念。

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首先,先確定我們了解這個速率限制是如何運作的。最重要的規則是:從任何角度來衡量任何人的速率時,這個速率限制都必須適用。我們說沒有什麼東西可以比光速還快時,無論你用什麼觀點來看,就是「沒有」。

所以我們來做個簡單的思考實驗。假設你坐在沙發上並打開手電筒。對你來說,手電筒的光線以光速遠離你。不過,我們是否可以把你的沙發綁在火箭上,點燃火箭然後讓沙發以驚人的速度移動呢?如果此時你打開手電筒,會發生什麼事?如果把手電筒指向火箭前方,光線是否以光速再加上火箭的速率移動呢?

我們將在第十章〈我們能以超光速移動嗎?〉花更多時間在這些想法上。但重要的是,為了讓所有觀察者(在火箭上的你和我們其他在地球上的人)看到,手電筒的光線都是以光速移動的,於是某些東西必須改變,這個東西就是「時間」。

為了幫助你理解這個概念,讓我們回到把時間當做時空第四維度的想法。這個想法有助於想像物體如何穿越時間和空間,而把宇宙速限應用在你的總速率上。如果你坐在地球上的沙發裡,你沒有穿越空間(相對於地球)的速率,所以你穿越時間的速率可以很高。

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但如果你坐在火箭上,對地球而言,火箭的移動速度接近光速,那麼你穿越空間的速率是非常高的。因此,為了讓你穿越時空的總速率在相對於地球時,保持在宇宙速限之內,你的時間速率必須減少,在此所有的速率量測都使用地球上的時鐘。

還讀得下去嗎?

對於不同人可以回報不同時間長度,你可能很難接受,但這是宇宙的運作方式。更奇怪的是,人們可能會在某些情況下,看到事件以不同順序發生,而且都是正確的。舉例來說,兩位誠實的觀察者,如果以非常不同的速度移動,他們會對誰贏得直線競速賽有不同的看法。

如果你的寵物美洲駝和雪貂進行賽跑,那麼,依據你的移動速度和相對於比賽場地的距離,你可以看到心愛的美洲駝或雪貂贏得比賽。每隻寵物都會有屬於自己事件的版本,如果你的祖母能夠以接近光速的速率移動,她看到的比賽結果可能完全不同。而且,所有人都是正確的!(不過要注意的是,每個人的時間起始點都不相同。)

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圖/《關於宇宙我們什麼都不知道》

我們喜歡認為宇宙有絕對真實的歷史,所以不同人可以體驗不同的時間,是令人難以接受的想法。我們可以想像,原則上有人可以寫下宇宙至今發生的每一件事(這會是非常冗長的故事而且大半都超級無聊)。如果這故事存在,那麼每個人都可以根據自己的經驗來進行檢查,除非是無心之過或視力模糊,每個人讀的故事應該要一致。但愛因斯坦的相對論使得一切都是相對的,所以不同觀察者對於宇宙裡事件的先後順序,會有不同的描述。

最終我們必須放棄宇宙有絕對單一時鐘存在的想法。雖然因此我們有時會遇到違反直覺且看似荒謬的領域,但驚人的是,這種看待時間的方式已測試為真。與許多物理革命一樣,我們被迫拋棄自我的直覺,並遵循受時間主觀意識影響較小的數學之道。

時間會停止嗎?

打從一開始,人們就想排除時間會停止的概念。時間除了向前,我們從未見過它做過其他事,既然如此,時間怎麼可能還有別的選項呢?由於我們本來就不清楚為什麼時間要前進,所以很難自信的說,時間向前是永恆真理。

一些物理學家相信,時間的「箭頭」是根據熵必須增加的法則所決定。也就是說,時間的方向與熵增加的方向相同。但如果這是真的,當宇宙達到最大熵時會發生什麼事?在這樣的宇宙裡,一切都將處於平衡而且不能創造秩序。那麼,時間會在這一點停下來嗎?還是時間不再有意義?一些哲學家猜測,在這個時刻,時間的箭頭和熵增加的法則可能會逆轉過來,導致宇宙縮小到一個微小奇點。不過,這個說法比較像是深夜裡藥吃多了後激發的猜測,而不是實際的科學預測。

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還有理論提出大霹靂創造了兩個宇宙,一個時間向前流逝,一個時間向後奔流。更瘋狂的理論則提出時間不只一個方向。為什麼不呢?我們可以在三個(或更多)空間方向中移動,為什麼不能有兩個或更多的時間方向?真相為何?如往常一樣,我們不知道。

註解

  1. 愛因斯坦的天才並沒有展現在為事物命名上面。

——本文摘自《關於宇宙我們什麼都不知道》,2023 年 9 月,天下文化出版,未經同意請勿轉載。

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為什麼時間總是「往前」?熵是什麼?和時間有關聯嗎?——《關於宇宙我們什麼都不知道》
天下文化_96
・2023/11/07 ・2581字 ・閱讀時間約 5 分鐘

為什麼時間向前走?

既然我們不能回到過去,你可能會合理的問:「為什麼時間向前走?」

對我們來說,時間不向前走的概念是匪夷所思的。你不會期待烤箱能把煮熟的食物變回原料,或杯子內的飲料在炎熱的日子裡形成冰塊,甚至女童軍餅乾也不會憑空出現。所有事情都以我們非常熟悉的方式隨時間前進,但如果你看到逆著時間走的情形,你可能會想自己是否是藥吃多了。

同樣的,你可以記住過去發生的事,但是你不能想起未來發生的事 *1。時間似乎有一個偏好的方向,我們不知道為什麼。

為什麼時間只向前走?這個基本問題長久以來深深困擾著物理學家。事實上,「時間向前」到底意味著什麼?在某些宇宙中,時間可能流向其他方向。他們的科學家可能會定義往「那個方向」向前。 所以真正的問題應該是:「為什麼時間朝著它前進的方向移動?」

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我們先來考慮,如果時間往其他方向走,宇宙是否能夠運作。 物理學定律要求時間往單一方向流動嗎?想像你正在看某些宇宙影片,你能透過仔細檢查,來判斷影像是否正在向前或向後播放嗎? 例如,假設你正在觀看一個球上下彈跳的影片,只要球完全彈跳 (並且不會因為摩擦或空氣阻力失去任何能量),那麼這個影像無論是往前或往後播放,看起來都會一模一樣!在罐內反彈的氣體粒子或在河中流動的水分子也是如此。即使量子力學也能逆著時間運作 *2。事實上,幾乎每個物理定律在時間往前或往後都可以成立。

但這不是全部的故事。

完全彈跳球的例子是不現實的,因為它忽略了球在地面上的摩擦力、空氣阻力以及諸多其他讓球的能量耗散成熱量的方式。經過幾次彈跳後,即使寵物雪貂最喜愛的超級彈力球也會停止彈跳,最終穩定在地面上。球的所有能量將轉化成熱,傳至空氣分子、球分子或地面分子。

想像一下,倒著播放的彈跳球影像會變得多麼奇怪,坐在地上的球會突然開始彈跳起來,而且愈彈愈高。能量流將看起來更奇怪:空氣、球和地面會冷卻下來,失去的熱將轉化為球的動能。

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在這個例子中,你可以肯定指出時間向前和向後的區別。烹飪食物、融化冰塊和吃餅乾等也都相同。但是,如果物理學的大部分定律都能反向工作,特別是熱和擴散等微觀物理,為什麼宏觀過程似乎只在一個時間方向發生?原因是系統中的無序量,也就是熵,非常強烈傾向於單一時間方向。

熵總是隨時間增加。這稱為熱力學第二定律。熵視為某些事物中的無序量。你忘記餵食雪貂時,雪貂會毀壞客廳,撞翻整疊有完整簽名的這本書,雪貂透過增加亂度來提高客廳的熵。

如果你回家重新整理客廳,可以減少客廳的熵,但是這樣做需要相當程度的能量,你把能量釋放成熱、沮喪和低聲咒罵著要如何告訴室友說:「養雪貂是個壞主意。」在整理客廳時,你釋放的能量將保持總熵的增加。每當你產生任何局部秩序,例如:堆疊書籍、在方格紙上做標記,或打開空調時,你都會同時產生亂度這個副產品,且通常以熱的方式呈現。根據熱力學第二定律,平均而言,總熵沿順向時間減少是不可能發生的事。

(注意:這是機率描述。技術上來說,一群憤怒的雪貂有可能意外的組織一個完全有序的隊伍,從而減少了牠們的熵,但機率微乎其微。孤立事件可能發生,但平均熵總是增加。)

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這會導致令人不寒而慄的後果:因為熵只會增加,在最終非常非常久遠的未來,宇宙將會達到最大亂度,這有個聽起來很酷的名字:「宇宙熱寂」。在這種狀態下,整個宇宙將處於相同溫度,這表示一切都將完全無序,沒有一丁點有用的有序結構(如人類)。在熱寂之前,我們仍然有空間可以創造局部秩序,只因為宇宙還沒有達到最大亂度。

現在我們逆著時間回想。過去每個時刻,宇宙的熵比現在更少(更有秩序),一直回溯到大霹靂時。把大霹靂當成是搬家卡車和小孩來到新房子之前的那一刻。宇宙的初始狀態(當熵最低時)決定了宇宙從誕生到熱寂之間有多少時間。如果宇宙從一開始就已經有大量亂度,不需要太多時間就能達到熱寂。在我們自身的例子中,宇宙似乎始於非常有序的狀態,在達到最大熵之前給了我們很多時間。

為什麼宇宙從一開始是從高度有組織的低熵狀態中啟動?我們不知道,但是我們確實很幸運,因為宇宙在開始和結束之間,留下了很多時間來做有趣的事情,比如製造行星、人類和冰棒。

熵是否幫助我們了解時間?

熵是少數幾個關心時間如何流逝的物理定律之一。

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影響熵的多數過程(例如影響氣體分子如何互相反彈的運動學定律),可以完美的逆著時間走。但大體來說,它們遵循一項定則:有序數量隨時間前進而遞減。所以時間和熵互相以某種方式連接起來。但到目前為止只有一個相關性:熵隨時間而增加。

這是否代表熵導致時間只能向前流動,就像是山丘只讓水往下流那樣;或者熵是遵循時間的箭頭,像被捲入龍捲風的碎片?

即使你接受熵隨時間前進而增加,仍然不清楚為什麼時間只會向前進。例如,你可以想像一個時間向後的熵,熵隨負時間而減少,這將保持熵和時間的關係,而不會違反熱力學第二定律!

與其說熵洞察了時間的一切,不如說它是個線索。熵是我們關於時間如何運作的少數線索之一,所以值得注意。熵是理解時間方向的關鍵嗎?雖然很多人如此臆測,但我們還是毫無頭緒。不僅如此,我們能把這問題弄清楚的辦法也寥寥無幾。

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註解

  1. 如果你能記得未來的事,請打電話給我們,我們有些問題想請教你。
  2. 除了波函數的崩陷之外,有些人認為它是不可逆的、有些人則認為是失去同調性,而其他人只是為了辯論而辯論。

——本文摘自《關於宇宙我們什麼都不知道》,2023 年 9 月,天下文化出版,未經同意請勿轉載。

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