《易经》宇宙探秘

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  时间的起点和终点
  
  爱因斯坦广义相对论中出现的时空血率无限大的“奇点”,显然预言了时间有起点和终点。宇宙是从“奇点”爆炸诞生的,那就是宇宙的开端,即时间的起点。
  但是,包括爱因斯坦本人在内的许多理论物理学家部认为,时间在两个方向上都必须是无限的,否则就会出现“宇宙创生”这样令人不安的问题。爱因斯坦广义相对论在奇点处失效,因此,它不能用来预言宇宙是如何开端的。因而,时间起点问题似乎在科学王国之外了。人们担心这会再次落入哲学家伊曼努尔·康德的“纯粹理性的二律背反”,也担心时间开端需要借助上帝之手。
  对宗教来说,宇宙(时间)仅仅是在几千年前创生的,那时的宇宙形态多少与现在相同。这就引起德国思想家康德(他相信宇宙已经存在了无限久时间)的忧虑:如果宇宙确实是在几千年前创生的,为什么在创生前要等待无限久?如果宇宙已经存在了无限久,那么,为什么该发生的每一件事情不早已发生,使得历史早已结束?特别是,如果宇宙已存在了无限久,那为什么宇宙还没有达到热平衡,使得万物具有相同的温度?这似乎是一个逻辑矛盾。因此,康德把它称作“纯粹理性的二律背反”。
  1963年,苏联的两位科学家叶·利弗席兹和艾·哈尼科夫宣称,他们证明了所有代表宇宙的爱因斯坦方程的解,都避免了“奇点”。宇宙在膨胀之前有一个收缩相,那时物质向一处下落,但在相互挤在一起之前,又开始膨胀,物质重新相互分离。这样,宇宙就没有开端,时间有无限的过去和将来。在他们看来,宇宙开端不属于科学王国,而是属于形而上学和宗教
  斯蒂芬·霍金等人则认为,必须在科学的基础上理解宇宙的开端(时间的起点)。科学定律如果在宇宙开端处失效,它也可以在其它时间失效。科学定律如果只能在有时成立,则它不能称为定律。科学定律应放之宇宙而皆准。爱因斯坦广义相对论在宇宙奇点处失效,是因为它没有与量子理论(特别是不确定性原理)相结合。
  1969年,霍金和彭罗斯从爱因斯坦广义相对论弯曲时空的全局出发,探索宇宙的起源和归宿,他们在爱因斯坦广义相对论的数学模型中证明,时间必须有大爆炸起点。在此之前,彭罗斯已经证明,当恒星和星系在自身引力作用下坍缩成黑洞时,时间在黑洞奇点处终结。霍金在此基础上推论,黑洞的情况适合于整个宇宙,时空有一个终点。
  我们知道,时间的流逝与宇宙的几何空间一样,都是由宇宙中的物质和能量(即运动速度)决定的。对相对静止的物体来说,运动中的物体的时间会膨胀。在空间飞行器上的钟表确实比在地球上的钟表走得慢。时间也可被引力(即质量)所压缩,引力(质量)越大的物体,对时间的扭曲(压缩)越大,当达到一定的临界值时,时间就会被冻结,黑洞有着强大的引力,时间在黑洞表面被冻结了。黑洞是通向永恒的近路。进入黑洞的人在一瞬之间就达到了时间的终点——中心奇点。时间在黑洞奇点的终结是宇宙时间终结的缩影。
  时间与有形的宇宙空间从大爆炸奇点同时诞生(即时间的起点),在宇宙开端之前没有时间;时间在宇宙消亡的大挤压点消亡(即时间的终点),在宇宙消亡后也没有时间。
  霍金指出,之所以有“纯粹理性的二律背反”,是因为康德对时间有一个暗含的假设,那就是时间是独立于宇宙之外的。抛弃这个假设,就避开了“纯粹理性的二律背反”
  在霍金和彭罗斯证明时间有起点和终点以后,利弗席兹和哈尼科夫又宣称,他也们也找到了一组具有奇点的爱因斯坦方程的解,时间有起点和终点。
  
  时间箭头
  
  我们先来讲农妇养鸡的故事。一位农妇养了一只母鸡,母鸡每天下一个蛋,农妇将鸡蛋收集起来放在一个高处的筐里、当母鸡下完最后一个蛋时,它开始在筐里孵蛋,当第一只小鸡孵出来时,母鸡将筐弄翻了,母鸡飞走了,小鸡和未孵成小鸡的鸡蛋连同筐一起掉在地上,小鸡蹦跳了几下,刚巧跳到火炉中被烧死了,未孵成小鸡的鸡蛋,有的刚刚成为有生命的鸡胚,但被摔死了,有的还未成形,它们遍摊在地上,有的还是液态,因蛋壳被摔碎而流淌,流进地缝中,渗入泥土里,蛋壳碎片满地,除非把这个过程拍成电影然后倒放,否则绝不会看到相反的过程:碎蛋壳一片片地自动拼起来。同时,液态鸡蛋从泥土里和地缝中流回蛋壳中,摔扁的鸡胚胎恢复原来的形状,摔死的胚胎恢复生命,被烧死的小鸡变活,并从火炉中跳出来,钻进蛋壳中。再后,它们又一起回到筐中,筐从地面上升回到高处,母鸡飞回筐中,小鸡和胚胎变成蛋黄,鸡蛋又一个个从筐中转到农妇手中,再排着队一个个回到母鸡腹腔的蛋囊中。
  上述故事强烈地反映时间有箭头,即向前流逝而不倒退。在日常生活中,我们碰到的时间总是向前的,如物品总是由新变旧、由新鲜变腐烂,生命总是由幼小到老朽,生物进化总是由猿到人,光波和信息总是从过去传向现在和将来,总是先犯错误而后因此后悔,事物总是先有因后有果,如此等等,它们绝不会倒过来。
  我们从来没有看到过物品由旧变新、由腐烂变新鲜,生命由老朽到幼小,生物进化由人到猿,光波和信息由将来传到现在和过去。先后悔而后回到过去去纠正错误,先有果而后有因的。宇宙中存在着从过去到将来的不对称,即不可逆性。
  上述一切的根本,是由热力学第二定律决定的。宇宙中的万物(包括宇宙本身)总是由有序走向无序,它们的熵总是无情地在增加,直到达到最大值,即达到热平衡为止。鸡蛋被打碎,蛋液渗到泥土里和流人地缝中,小鸡被烧死,明显地从有序变为无序,熵在增加。
  也许有人说,鸡生蛋是把许多无序的分子变成有序,鸡孵蛋,将蛋变成小鸡,也是将蛋中的许多分子变得更有序。但是,鸡生蛋是因为它吃了许多食物,使更多的东西变得更无序,增加了宇宙的总熵。母鸡将蛋孵化成小鸡,是消耗了自己的热能带来的,这使母鸡变瘦变老,而母鸡又是消耗许多食物成长起来的,它的成长是以破坏更大的有序换来的。
  总起来说,一切事物的发展变化,部使宇宙的总熵在增加,使宇宙趋向热平衡。宇宙的热平衡,就是宇宙“热死”、消亡。
  1927年,英国天体物理学家爱丁顿首先提出“时间箭头”的概念。时间箭头指直宇宙末日。
  时间箭头指向宇宙末日,这可怕吗?恰恰相反,时间有个箭头(向前),时间的不可逆性,是今日丰富多彩宇宙的根源。
  只有有了时间箭头。才会有生命,才会有宇宙中的万物,如果时间没有箭头,时间是可逆的,膨胀一会儿的宇宙很快又收缩了,刚长到几岁的小孩又退缩成婴儿,进化的细胞又退化,整个世界将始终处于混沌之中。
  有了时间箭头,在混沌中通过暴涨可以产生出一个有序的宇宙,通过自组织等可以产生有机细胞和生命;通过革命和改革建立一个进步的社会,通过引导和竞争使崩溃的经济走向繁荣等等。
  看来,时间有个箭头是件万幸的事。而人们幻想的“长生不老”、“返老还童”则是违背时间箭头规律的,因为那意味着时间的停滞或倒流。人们不可能将时间的箭头倒转。
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