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為什麼時間總是向前走?能讓時光倒流嗎?──《這世界難捉摸》

第一問:時間與空間有什麼不同(為什麼)?

首先,你可以隨你喜好,自由的在空間中移動,但時間不同,對於時間你沒有這樣的自由。

你以穩定的步伐(精確的每秒行進一秒)在時間軸上移動1。你不能突然決定在時間上後退,並與你之前的時間處在不同空間上。即使你可以在不同時間處於空間中相同的位置,但是你不能同時處於空間中不同的位置。

但是,從你出生到死亡,你只能往一個時間方向前進。雖然在我們的理論中,把時間考慮成另一個維度在數學上相當方便,但要牢牢記住的是,時間與其他各維度有顯著差異,它是獨一無二的。時間與空間以不同方式運作,因為時間不是一組互連的位置。相反的,我們認為時間是因果相連的宇宙靜態快照組,這對我們可以(或不可以)怎麼利用時間,產生巨大的後果。

第二問:我們可以讓時光倒流嗎?

這本書讓你學到,我們應該要懷疑有什麼事是不可能的。許多以往看似不可能的事,現在已經很普遍了,就像用巴掌大的手機來探索大部分的人類知識和瑣事一樣2

但是,近代物理學明確表示:時間旅行是不可能的。任何可以回到過去的情況,很快就會導致弔詭。這些弔詭違背了宇宙運作的深層基本假設。

在一些科幻故事中,外星人或先進的人類能夠將時間視為空間維度,並在其中來回移動;這允許他們在時間中穿梭旅行,就像你我在走廊上行走一樣。雖然這些故事讀起來非常有趣又享受,但從物理學的角度來看,這些故事有嚴重的問題3

原來從物理學家的眼中看時光機是件極不科學的事情啊。圖/MIKI Yoshihito@flickr

首先,時間倒流會打破因果關係。如果你想讓宇宙合情合理,那就要嚴肅看待因果關係。如果你不介意結果發生在原因之前(譬如,你的信用卡在購買這本書之前就已經付款了;或你的雪貂在早餐準備好之前,就已經把它吃完了),那麼你的思想比我們還要開放。沒有因果關係一切都會變得荒唐至極。

第三問: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;你可以記住過去發生的事,但是你不能想起未來發生的事4

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?」

我們先來考慮,如果時間往其他方向走,宇宙是否能夠運作。

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!即使量子力學也能逆著時間運作5。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。

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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。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。

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,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。

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。

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。

  1. 如果你在黑洞附近或高速移動,你的時間可以跑得比其他人慢一點或快一點,但每秒鐘你仍然經歷一秒鐘。
  2. 仍然不可能的事情是,在你真正需要時,受到好的招待。
  3. 物理學從遠古以來就在毀滅樂趣。
  4. 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。
  5. 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《這世界難捉摸:霍金也想懂的95%未知宇宙》遠見天下文化出版股份有限公司

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關於作者

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