時間的秩序(The Order of Time,Carlo Rovelli)
這本科普書談"時間"這個概念.它是本對難以想像物理觀念與名詞闡述清楚,又能以嚴謹的態度來描述現象卻不失用讓普通人理解的方式的作品,書分三部分,第一部分是過往對時間概念的認知提出攻擊,消滅了我們這些普羅大眾對於時間固有的認知範圍與想法,最終作者Rovell讓i時間這個概念消失,第二部分則是作者提出的新觀點,沒有時間的世界該是怎樣的,第三部分則是延續第二部分,既然沒有時間這個概念,那"我"所認知到的時間究竟算是甚麼?.
作者先從生活現象開始說明,可能在有意或無意間,人們發現位置在高處的手錶跑得比位在低處時快,這個發現似乎沒甚麼大不了的,因為兩者時間差異根本不是沒有意識的常人能從計時器能發現的.但實際上卻在無意間打破一項人們長期以來的認知.我們一直以為時間是勻速的,在所有的地方都相同的步調一致行進.但透過這發現證明而這認知大有問題的.而物理學家便從這些微的差距,勘破了大事.就中的關竅就是引力.物體質量會使它周圍的時間變慢,而人能見的萬物都傾向於向時間流逝較慢的地方運動.由此推知空間中的每個點都有不同的時間,所有現象都有它自己的固有時,它自己的節奏,它自己的時間,透過這個發現,讓我們習以為常的"時間"概念趨於瓦解,這就是時間的坍塌.而首先時間統一性的被打破了.
不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引起其它變化,所以熱的傳導由高溫向低問,這是熱力學,僅僅在有熱量的地方,時間之矢才會出現,也就是它是時間的方向,每當過去與未來的差別顯現,都會有熱量參與其中.克勞修斯引入了"熵"來量度熱量這單向不可逆過程.熱力學第一定律是能量守恒,第二定律是Delta S永遠大於或等於0.玻爾茲曼發現了第二定律背後的含義,熱量是分子的微觀振動,一切與時間流逝有關的現象都被還原為過去的一個特定狀態,而這個狀態的特殊性是由於我們模糊的視野,如果我去觀測事物的微觀狀態,那麽過去與未來的區別就會消失,因而時間的方向性消失了,只有在有熱量的地方,過去與未來才有意義.
愛因斯坦的廣義相對論說質量可以延緩時間,狹義相對論說速度可以延緩時間.對於不停運動的人,時間流逝的更慢.所以當下的概念只涉及與我們臨近的事物,而非遠處.宇宙的時間結構可以用圓錐表示,"當下"被壓扁為一條水平細帶,把過去與未來分開,它極其短暫,幾乎察覺不到.當下的不在,意味著時間的'現在性'被消滅了,現在是個沒有意義的詞.
亞里士多德是第一個提出時間是什麽,他認為時間是變化的度量,牛頓則以為在對於時間,空間,位置,運動這些名字,應該區分為絕對的和相對的,真的和似真的,數學的和經驗的.亞里士多德筆下的時間是相對的,似真的,經驗的,牛頓認為必須存在另一種時間,無論如何都會流逝的真實的時間,獨立於事物及其變化.由此建立了現代物理學,對於空間,亞里士多德的定義是,物體的位置是指其周圍有什麽.而牛頓認為即便空無一物,空間也存在.愛因斯坦整合了兩者的觀念認為時間和空間是真實的現象,但不是絕對的,它們並不獨立於發生的事件.物理學家把構成世界物理實在的物質成為"場",狄拉克場構成桌子與星雲,電磁場構成光,"引力場"構成時空.物體附近時間變慢是由於引力場少所以時間少,所以它的獨立性消失了.
以上是物理界"當下"確認的對時間與空間的認識範圍,在第一部分最後作者便要開始他自己的時間之旅,他加入了量子與時空來結合.愛因斯坦在1915年年寫出了引力場方程式,一年後他自己就註意到,由於量子力學的存在,這不可能是關於時空本質的最終結論,與其他物理實在一樣,引力場也肯定有量子特性.時空的量子特性還在研究之中,目前分為兩派:圈理論和弦理論,作者是區理論的主張者,量子物理帶來了分立性,不確定性,與物理量的關聯性.它會跳躍,漲落,只在相互作用時實體化,在最小尺度之下無法被發現.量子力學最大的特點就是分離性,並因此得名,量子即基本微粒.對一切現象而言都存在著最小尺度,這是分立性.在引力場中,這被稱作"普朗克尺度",而最小時間被成為"普朗克時間".時間是有可能分立的.而量子力學的第二個發現是不確定性.例如,我們無法準確預測電子明天會出現在哪兒.時空像電子一樣的物理客體.它也會漲落,也可以處於不同狀態的"疊加"中.甚至過去,現在,未來的區別都可以漲落,變得不確定.一個事件可以同時在另一個事件之前與之後,這是它的不慶定性.決定時間段與物理間隔的物理基礎引力場,不僅受到質量的動態影響,它本身也是一種沒有確定值的量子實體,直到它與其他物體相互作用.當發生作用時,只有對與之相互作用的物體來說,時間才是分立的,確定的,對宇宙的其余部分,它們仍是不確定的.
量子的引入看出世界處於永不停息的變化過程中,整個科學的發展都表明,思考世界的最佳方式應該基於變化,而非不變.不是存在而是生成.通過把世界看作事件,過程的集合,我們得以更好的理解與描述世界.這世界並不是物體的集合,而是事件的集合.一場戰爭不是物體,而是一系列事件,一次暴風雪不是物體,而是事件的集合;山上的一朵雲不是物體,而是風吹過山上時空氣中水蒸氣的凝結;破浪不是物體,而是水的運動,而且形成波浪的水總是不同的.家庭不是物體,而是關係,事件,感受的結合.一個人當然也不是物體,就像山上的雲,它是食物,信息,光,語言,等進進出出的複雜過程.它是社會關係,化學過程,情感交流中的一個結點.如果我們所說的"時間"只表示"發生",那麽一切皆時間.時間之內別無他物.透通過研究生物的演化,生存,我們理解了生物學,通研究人與人交往,思考的方式,我們才理解心理學,通過形成過程而非存在,我們理解世界.物體僅僅是暫時沒有變化的事件,一切都遲早要複歸塵土.比起有序的新加坡,世界更像隨機無序的那不勒斯.愛因斯坦以為過去,現在與未來之間的區別只不過是持久而頑固的幻覺.對於基礎問題,愛因斯坦多次改變想法,而他的很多話都互相矛盾,因為語法的發展來自我們有限的經驗,在我們理解了世界豐富的結構之後,才發現語法不那麽精準,不可能精確地描述世界所發生的事,特別是當時間都已經成了虛無模糊的概念.事件的變化形成了世界與對世界變化的認識,而基本的力學形式不需提到時間,催動世界動力學的方程式極其簡單,不含時間的世界是相互關聯的事件網路,變量遵循機率法則,空間鄰近的關聯將空間微粒連結成網,Rovelli稱它為自旋網路,而自旋網路中的一個環稱為'圈",圈理論就是以此圈而得名.這些網路進而透過不連續的跳躍彼此轉化,成為自旋泡沫網路,這些跳躍的出現在大尺度上就像是時空的平滑結構,在小尺度上就療術了一種漲落,機率性,不連續的量子空間,只有一大群的量子出現又消失.圈理論描繪的是一個沒有基礎物理學中時間的世界.作者在書中便以他自己的研究團隊研究黑洞經過量子態爆炸所需的時間,發現在黑洞及其周圍不存在單一與確定的時空,一個黑洞量子攤縮的過程,中間的過程時間完全無法確定,因為既然位置不能確定,自然時間是不確定的,於是在圈理論中時間與空間不再是容器或世界的一般形式.它們不過是量子動力的近似,不包括時間與空間,只有事件與關聯,而這便是我開頭所說的那個沒有時間的世界.
接著便要回到既然沒有時間,那麼那個我們熟知的時間又有何意的這個問題上.由前段我們知道許多東西都不是世界基本語法的一部分,而只是以某種方式顯現.靠近去看時,世上的一切都變得模糊了.這種模糊性可由兩部分推知,一是我們觀察宏觀世界時,會先查看是否有能量的變化,因此能夠測度時間,但是因為宏觀世界自身就是模糊的,所以我們能探知的時間也是模糊的概念.另一個則是從量子的隨機性來看,隨機性創造了不確定,那也是模糊的一種可能.所以從物理學上看,時間是我們對於無知的體驗.時間即無知,但為什麼我們會有對於時間有統一性,方向性,獨特性,現在性的概念?.這是因為我們是處在宇宙中一個特別的區塊,這些概念只在特定尺度才會顯現.在宇宙無限的種類裡,存在一些物理系統,熵在不斷增加,在那裡,存在著與時間流動相關聯的現象,但是這些現象的產生與我們觀察的視角有關,我們對世界的經驗來自世界內部,我們給世界投去的每一瞥都來自一個特殊的視角.哲學家所謂的"指示性"就是說每次使用時,都具有不同的含義.我們原先被告知讓世界運轉的是能量,但實際上驅動世界運轉的是低熵.能量都會把自己轉化為熱能,即熱量,它會傳到冷的物體,但要想把它取回來,重新用來讓植物生長,或驅動發動機,這樣的免費方式並不存在.在這個過程中,能量保持不變,但熵增加了,熵無法回轉,這是熱力學第二定律.讓世界運轉的是低熵源,在地球附近有著豐富的低熵源,正是因為如此,它才構成了一個特殊區域.而人在這個區域要如何從時間即無知變成當下的理解,主要是透過人類內在的感知,時間是人類心靈腦中對於現在的感知,過去的記憶,與未來的預期.而人透過視角,觀念,與記憶三者共同融合形成以上的觀點.作者在此引用了許多哲學家與文學觀點,指出時間在人類的心靈中是屬於先驗的,就是我們的觀點概念與角度無關它現實的科學的樣貌,所以我們從低熵的演變環境中看到了時間的方向,均勻性,統一性,與現在性.而這看起來與沒有時間的世界根本毫無相關,其實正是為我們是位在宇宙中特殊的區塊,我們是特殊的一種物種,人.這種對時間錯誤的認知,反而反映了人類的獨特性.
正如這本書中內容所說,書的部分內容已經是得到公認事實,部分是有相當的程度可信賴,部分則是尚待驗證的觀點,所以我們未必要以絕對正確的角度來看這本書,而是著重理解作者的說明與推論,有些內容未必能完全理解,但也沒想像中困難,因為作者已經做了很大程度的通俗性描述,而有些部分雖然套用哲學家觀點有些多餘,但其實也是值得作為理解參考的路徑.以上.
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