时间可逆吗?

从上次看了卡洛.罗韦利在TED上的演讲之后,对他提出的观点充满了好奇。于是买了2本他的书《七堂极简物理课》和《时间的秩序》。《七堂极简物理课》是我目前看到的最短、最简单、最直白、最有层次的关于现代物理的科普读物。首先回答“时间能否倒流”这个问题的理解:时间是可逆的,只不过逆向操作时间的成本非常大。一个不恰当的比喻类似于:将一块玻璃碎成两块,然后按照破碎的边缘将被破坏的原子键一一修复,让破碎成两块玻璃恢复如初。下面将书中一些关键性的语句和自己对读者提问的一些理解记录在下文中。

1. 就像电力一样,引力一定也是由一种场来传播的。

– 法拉第的爸爸是一位电力工程师。法拉第有天生的机会感受到电的各种特性。这相对于其他的物理学家而言是一种天生的优势。

2. 引力场不“弥漫”于空间,因为它本身就是空间。这是广义相对论的思想。

3. 牛顿的那个承载物体运动的“空间”与“引力场”是同一个东西。

– 这和电磁场本身就是一种物质形态太类似了。

4. 从氢元素到铀元素,好多学校教室里都挂有这张表。那么为什么偏偏是这些元素被列在表上呢?为什么元素周期表的结构是这样的呢?为什么这些元素和周期会有这样的特征呢?答案就是,每一种元素都是量子力学最主要方程的一个解。整个化学学科都基于这一个方程。

– 不知道这样理解对不对:“化学实际上是物理学的一个分支”。小时候也非常奇怪为什么门捷列夫会想到以这种形式来排列化学元素。上了高中之后很奇怪为什么元素要以这种形式排列?这些元素外层电子为什么不能是10的整数倍呢?那样不是更好计算吗?现在大概知道来源了。

5. 这个概率问题直捣物理的核心。

6. 是他(爱因斯坦)教导我们时间并不是普适的,空间是可以弯曲的,但现在他又说世界不可能如此荒诞离奇。

– 概率统计这门学科真是神奇。

7. 因为他们并不描述在一个物理系统内发生了什么,而只说明一个物理系统是如何影响另外一个物理系统的。

– 哇!这种思想和机器学习的核心思想太不谋而合了——我们并不知道真实世界的规律是什么样的,我们可以用一种相对简单的公式来量化的描述这种规律。而且我们甚至无法真正的区分噪声和真实信号。

8. 因为球体在各个方向上都是相等的。

– 各向同性,就目前已知宇宙不是各向同性。

9. 世界是物体连续的、永不停歇的涌动,是稍纵即逝的实体不断地出现和消失,是一系列的振荡。……一个事件而非物体构成的世界。

– 之前看过一部电影,关于有一个情节是:如果人们都忘记一个神,那么这个神就会消失。人是社会关系的总和。如果周围所有的人都不认为一个人存在过,那么这个人是否真的存在过就无从可知了。这也和迪士尼的一部关于死亡的动画《寻梦环游记》中的情节如此的相似。有时候真的让人觉得这不真实。

10. 物理学家们却从未真正认真看待“标准模型”。这个理论至少第一眼看上去零零碎碎,东拼西凑。它由不同的理论和方程集合而成,看不出有什么清晰的秩序。

– 是的,直觉喜欢看起来简单的东西。类似于F=ma,而它的含义又是那么的丰富。所以说物理学家很可能内心住着的是一位艺术家,一位追求美的画家。

11. 这道曲折迂回的程序就是“重整化”(renormalization)。

– 机器学习里面有归一化(normalization),它们不会做的是类似的工作吧?

12. 在保罗.狄拉克生命的最后几年曾反复表达他对这一状况的不满,他说:“我们还没有解决这个问题。”

13. 除了暗物质和广义相对论中被描述为时空曲率的引力之外。

14. 物理学史并非只有成功。

15. 广义相对论和量子力学,这两个理论不可能同时正确。至少依照目前的形式,它们是相互矛盾的。

– WK,这个表述是我目前看到最直白的表述了。有好奇心和基础的同学们,你们的机会来了。比肩牛顿、爱因斯坦的机会原来就放在那个位置。

16. 物理学家发现这种伟大理论之间的矛盾时只会兴奋不已。

17. 圈量子引力Loop Quantum Gravity。

18. 第一个结论:空间是不连续的,不可被无穷分割的。

19. 第二个结论:描述空间和物质的颗粒的方程不再包含“时间”这个变量。

20. 这些量子时间本身就是时间的源头。

21. 只有空间和物质的量子持续相互作用的基本物理过程。

– 读到这里,对于“时间是否可逆”这个问题,我能得出的理解是:时间是可逆的,只不过逆向操作时间的成本非常大。一个不恰当的比喻类似于:将一块玻璃碎成两块,然后按照破碎的边缘将被破坏的原子键一一修复,让破碎成两块玻璃恢复如初。

22. 对黑洞内部的观察者来说回弹是瞬间发生的,对外部的人来说却是一个极为漫长的过程。

– 山中方一日,世上已千年。

23. 我们的宇宙很可能诞生自某一个状态后的反弹,经历了一个过渡时期,在此期间,时间和空间都荡然无存。

24. 它发热仅仅是因为其中的原子运动速度更快。

25. 为什么热量会从热的物体跑到冷的物体上,而不是反过来呢?……因为它关系到时间的本质。

26. 热量从热的物体跑到冷的物体上并非遵循什么绝对的定律,知识这种情况发生的概率比较大而已。原因在于:从统计学的角度看,一个快速运动的热物体的原子更有可能撞上一个冷物体的原子,传递给它一部分能量;相反过程发生的概率则很小。在碰撞的过程中能量是守恒的,但当发生大量偶然碰撞时,能量倾向于平均分布。

27. 玻尔兹曼提出的和热有关的概率另有渊源,和量子力学没有关系。

28. 支配世界的物理原理和我们知不知道有什么关系呢?这个问题理直气壮,答案却很微妙。

– “这个问题理直气壮,答案却很微妙。”这句话有内味了。

29. 我们还没有发现可以描述热时空的热振动的方程。30. 直觉建立在我们有限的经验之上。

– 以后还是少用“直觉上”类似的描述为妙。以前觉得好像很不言自明的感觉,实际上那只是你个人的直觉。

31. 概率又决定了:我们和周围世界的互动无法追究到微小的细节。

32. “此刻”并不比“此处”更加客观,但是世界内部微观的相互作用促使某系统(比如我们自己)内部出现了时间性的现象,这个系统只通过无数变量相互作用。

33. 在引力、量子力学和热力学三者的交叉地带,许多问题纠缠在一起,而时间就位于这团乱麻的中心。

34. 我们与蝴蝶和落叶松有着共同的祖先。我们就像独生子一样,在长大的过程中逐渐懂得,世界并非像我们小时候以为的那样,只围着我们转。我们必须接受自己只是万事万物中的一员这个事实,参照他者来认识自己。

35. 通过真实世界中的蛛丝马迹来发现那些我们无法直接看到却有迹可循的东西。认识到我们可能会不断犯错。

36. 这种大脑结构的数字形式如何与意识的主观经验相对应。

37. 在美国工作的意大利科学家朱利奥.托诺尼(Giulio Tononi)提出了一个有趣的数学理论,叫作“整合信息理论”试图界定系统要有怎样的量化结构,才能具有意识。

– 有必要去查查这位作者的论文。

38. 其实并没有“我”和“我大脑的神经元”之分,这两者本是一码事。一个人就是一个程序,复杂而又极其完备。

39. 我们是一个好奇心很重的物种,在一个由至少十来个好奇心强的物种组成的属(人属)中,我们是唯一存活下来的一支。种群中其他物种都已经灭绝。

40. 我认为,我们这个物种不会延续很久。

41. 我们属于一个短命的物种,所有的表亲都已经灭绝。

42. 对地球来说,这只是一个无关紧要的小挫折,但我认为,人类将很难安然无恙地渡过这个难关。

43. 在地球上,我们也许是唯一知道我们的个体必将死亡的物种,我害怕在不久的将来我们也会成为唯一一个眼睁睁看着自己末日道来的物种,或至少是见证自己文明灭亡的物种。

44. 在这里空间是颗粒状的,时间是不存在的,物体也可能不在任何地方,但它并未使我们远离真实的自我,只是与生俱来的好奇心向我们展示了我们栖居之地,展示了我们由什么构成的。

– Ph.d, Doctor of Philosophy,首先是一位哲学家。

对物理有好奇心的同学,强烈推荐大家买这本书看看。

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