在浩瀚的宇宙中,物体的运动轨迹似乎总能被我们所捕捉,然而,当我们试图判断一个物体是否相对于我们静止时,问题却变得复杂起来。为了解决这个问题,我们引入了“空间”这一概念,也就是我们通常所说的位置。
设想一下,当你手持相机,记录下某人从A点到B点的移动过程,你可以清晰地看到他的移动路径。但对于其他人来说,他们无法确定这个人是从B点走向A点,还是从A点走向B点,因为在物理定律中,这两种路径都是可能的。
在经典物理学的框架下,时间被视为一个恒定不变且单向流动的实体,就像一支射出的箭,永远无法回头。这种时间观念与我们日常的经验相吻合,赋予我们一种内心的安宁。
我们本能地认为时间是一维的,具有先后顺序,我们只能回顾过去,感受现在的流逝,而无法窥见或体验未来的时间。然而,经典物理学并未解答为何时间只能单向流动,而不能倒流的问题。
在经典物理学的理论中,时间箭头应该是双向的,且两个方向相互对称。这种对称性在理论上看起来是合理的,但在我们的实际经验中却很难找到例证。
人类对时间的描绘在很长时间里都是模糊而抽象的,未能触及时间的本质。直到19世纪中期,人们对时间的理解和方向感才有了重大突破。克劳修斯提出的热力学第二定律为我们提供了一种全新的时间观念。
热力学第二定律指出,在孤立系统中,混乱度(即熵)将持续增加,直至达到最大混乱度。这意味着,如果我们的宇宙是一个孤立系统,它将自发地走向混乱,而不是有序。这种趋势在我们的日常生活中随处可见,比如破碎的镜子无法自行修复,只会变得更加无序。
你的房间如果长时间无人打理,也会自发地陷入无序混乱之中,无法自然变得整洁。虽然你可以通过打扫使其有序,但打扫过程中你必然会制造更多的无序,因为你释放了能量,影响了周围的环境。因此,尽管我们可以在局部地区和特定时间内创造出有序的低熵环境,但无法扭转宇宙整体走向混乱的大趋势。
宇宙自发地走向熵增,表现出时间箭头无情地指向未来,无法回溯到过去,这再次确认了时间的方向性。然而,时间的绝对性早已受到质疑。一百多年前,爱因斯坦提出了狭义相对论,展示了一个全新的相对时空观。
爱因斯坦指出,时间和空间都是相对的,每个人所经历的时间实际上都有所不同。速度和引力都会影响时间的流逝。例如,当你以接近光速的速度离开地球,或者在黑洞附近停留一段时间后返回,你会发现地球上的时间可能已经过去了几十年甚至更久。
不过,这种时间的相对性仅在两个人处于同一参照系时才有意义。如果你永远不返回地球,那么你的时间无论变得多慢,对地球上的人来说都没有意义。每个人只需对自己的“本征时间”负责,即每个人口袋中钟表所显示的时间。
在微观世界中,因果律也受到了挑战。在著名的“量子延迟擦除实验”中,先后到达接收屏的两束光表明,后到达的光可以影响到先到达的光,这意味着后发生的事件似乎“预知”了结果,并据此影响了之前的光束。显然,在这里,因果的顺序被颠覆了。
19世纪末,物理学家庞加莱提出了“庞加莱回归”理论,指出任何粒子经过足够长的时间后,一定会回到几乎与初始位置相同的地方。这表明,万物皆由微观粒子构成,经过无限长的时间后,万物都有可能回到其初始状态。换言之,只要时间足够长,宇宙大爆炸这样的事件也有可能再次发生。
虽然这种可能性需要我们无法想象的时间跨度,但“庞加莱回归”并非仅仅是假设,科学家们已经在多粒子量子系统中证实了这一现象的存在。这引发了一个问题:庞加莱回归是否意味着时间是可以逆行的?在足够长的时间后,时间似乎能够回到最初的起点。