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        熱黑洞與時(shí)間之箭

        2017-04-27 21:35:16仉博簡(jiǎn)
        科學(xué)之謎 2017年3期
        關(guān)鍵詞:霍金的熱力學(xué)愛因斯坦

        仉博簡(jiǎn)

        什么是現(xiàn)在?

        物理學(xué)通過公式來描述世界,用時(shí)間函數(shù)告訴我們事情如何變化,但這并不能解釋時(shí)間是什么。我們可以寫公式,來告訴我們事情與地點(diǎn)之間的關(guān)系,或者一碗牛肉拉面的味道與加入的辣椒量之間的關(guān)系。然而,與時(shí)間相關(guān)的問題是截然不同的。時(shí)間似乎始終在流逝,而地點(diǎn)或辣椒量并不會(huì)流逝。那么,差異來自哪里呢?

        這個(gè)問題的另一種說法:現(xiàn)在是什么?我們只能說現(xiàn)在的事情存在,過去的不再存在,未來的還沒出現(xiàn)。但是在物理學(xué)中卻沒有對(duì)應(yīng)于“現(xiàn)在”的概念。

        “這里”的意義取決于說話者究竟在哪,它是一個(gè)主觀的詞語。沒人會(huì)說在“這里”的事物是存在的,而不在“這里”的事物是不存在的。那么,為什么我們會(huì)說“現(xiàn)在”的事物是存在的,而其他的一切不存在?現(xiàn)在的事物真的是客觀的、流逝著的,使得事情一個(gè)接一個(gè)存在?或者,它不過是主觀的,就像“這里”一樣?

        這個(gè)可能看起來像是一個(gè)深?yuàn)W的心理學(xué)問題,但是現(xiàn)代物理學(xué)卻使它成為一個(gè)大問題。物理學(xué)家們都認(rèn)為,把“現(xiàn)在”應(yīng)用于整個(gè)宇宙是行不通的,因?yàn)閻垡蛩固沟莫M義相對(duì)論已經(jīng)表明現(xiàn)在也是一個(gè)主觀的概念。1955年,愛因斯坦得知他的老朋友、物理學(xué)家米歇爾·貝索去世時(shí),他在給貝索的家人的信中還說:“他比我稍微提前離開了這個(gè)奇怪的世界,這并沒有什么,對(duì)于我們這些相信物理的人來說,過去、現(xiàn)在與未來的區(qū)別只是一種固有的幻覺。”

        不管是不是幻覺,我們?cè)撊绾谓忉屇芨惺艿綍r(shí)間流逝這個(gè)事實(shí)呢?時(shí)間的流逝對(duì)我們所有人來說都是顯而易見的。我們的語言組成就需要時(shí)間——一個(gè)東西“是”或“曾是”或“將是”。德國(guó)哲學(xué)家馬丁·海德格爾還強(qiáng)調(diào)過,我們是“住在時(shí)間里”的,還認(rèn)為時(shí)間的流逝是一切的基礎(chǔ)。但是過去多次的經(jīng)歷,使得我們已經(jīng)意識(shí)到我們的直覺并不是很準(zhǔn)確的。因?yàn)槲覀兊闹庇X是在我們有限經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。如果我們堅(jiān)信直覺,那么我們?nèi)詴?huì)相信地球是平的,它被太陽環(huán)繞。但當(dāng)我們從更高的地方看,我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)地球是球形的。

        盡管時(shí)間的流逝可以生動(dòng)地呈現(xiàn)在我們面前,但它未必反映的是一個(gè)現(xiàn)實(shí)的基本方面。如果它不是基本的,那么它來自哪里?

        熱與時(shí)間有關(guān)?

        從某種程度上說,答案可能藏在時(shí)間與熱的親密聯(lián)系之中。過去與未來唯一一個(gè)可檢測(cè)的區(qū)分,就是當(dāng)熱發(fā)生流動(dòng)的時(shí)候。與熱相關(guān)的是概率——大量粒子的統(tǒng)計(jì)運(yùn)動(dòng),而概率與下面這種事實(shí)相聯(lián)系:我們與周圍世界互動(dòng)時(shí),無法完全掌握現(xiàn)實(shí)中的各種細(xì)節(jié)。這意味著,時(shí)間并不屬于一種精確的描述,相反,它是屬于統(tǒng)計(jì)學(xué)和熱力學(xué)領(lǐng)域里的。而這可能就是解開時(shí)間之謎的關(guān)鍵。

        我們的記憶、意識(shí)可能就是建立在這些統(tǒng)計(jì)現(xiàn)象之上的。對(duì)于一個(gè)假想的超級(jí)存在者,如果他知道世界任何細(xì)節(jié)之處,那么他就感知不到時(shí)間流逝,宇宙僵死,過去、現(xiàn)在和將來是一整塊兒,正如愛因斯坦所描述的那樣。但是由于我們意識(shí)的局限性,我們只能得到世界模糊的印象,生活在時(shí)間之中。在這有限的關(guān)注能力下,我們得到的是對(duì)時(shí)間流逝的感知。

        所以說,從客觀意義上來說,就像“這里”并不是真的存在一樣,“現(xiàn)在”也并不存在。

        黑洞揭示一切?

        就是這樣了嗎?不,還有許多地方需要去理解。時(shí)間問題正好位于引力、量子力學(xué)和熱力學(xué)交叉的中心。然而,我們還沒有一個(gè)理論能把這三個(gè)至關(guān)重要的學(xué)科涵蓋起來。

        一個(gè)能指引到時(shí)間本質(zhì)的小線索,則是來自斯蒂芬·霍金的計(jì)算?;艚鹱C明黑洞有溫度:它們總是熱的,就像一個(gè)火爐一樣發(fā)熱。然而從來沒有人觀測(cè)到這種熱,因?yàn)樗鼧O其微弱,但霍金的計(jì)算是令人信服的,它以不同的計(jì)算方法被證明。黑洞有溫度是公認(rèn)的事實(shí)。

        黑洞的熱是一個(gè)量子效應(yīng),而黑洞還是一個(gè)強(qiáng)引力場(chǎng)源。所以說,這種現(xiàn)象涉及三個(gè)方面:量子力學(xué)、廣義相對(duì)論和熱力學(xué)。而時(shí)間也與這三個(gè)方面緊密聯(lián)系。物理學(xué)家還有很長(zhǎng)的路要去理解黑洞,但就像最近探測(cè)到黑洞碰撞產(chǎn)生的引力波等的重大發(fā)現(xiàn),他們已經(jīng)越來越接近答案了。

        黑洞的熱就像物理學(xué)的羅塞塔石碑,用三種語言刻成的,它等待著人們來翻譯破解,并揭示出時(shí)間的本質(zhì)。endprint

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