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第5章 时间的本质

到目前为止,科学家已认识到时间具体有两重性:对称性(或可逆性)及其破缺(或不可逆性)。对称性时间源自牛顿力学(牛顿第二定律的表述方程经时间反演变化即用——t替代t后保持不变),按照这种时间观,现在、过去、未来是没有区别的,如行星无休止的圆周运动,钟表指针圈复一圈及气候春夏秋冬年复一年的循环。

19世纪中期,开尔文(英国)等发现了热力学第二定律。按照这个定律,物质和能量只能沿着一个方向转换,即从可利用到不可利用,从有效到无效,从有秩序到无秩序。如煤燃烧后,成为无法生热的煤灰,并向大气层放出一氧化碳等废气。这就意味着时间对称性的破缺,宇宙万物从一定的价值与结构开始,不可挽回地朝着混乱与荒废(荒废(huānɡfèi):荒疏;不利用;浪费。)发展,不同时刻的价值与结构不相同。第二定律揭示了一种“退化”的非对称性时间。“君不见高堂明镜悲白发,朝如青丝暮成雪”(李白《将进酒》)就反映了这种时间观。

几乎与此同时,进化论者发现了发生在生物界和人类社会的时间对称性破缺,创立了进化时间观。达尔文认为,地球上的生物处在不断进化之中,从简单到复杂,从生命的低级形式向高级形式,从无区别的结构到互不相同的结构。马克思认为,人类社会是逐渐由低级向高级,向更加完善更加有序的阶段发展的。与退化论者恰成对照,进化论者的这些发现是令人十分乐观的:随着时间的流逝,宇宙将进化得越来越精美,不断地向更高水平发展。

从人的一生依稀可见时间的进化性、对称性和退化性的缩影。在一个受精卵发育成人的过程中,体内的组织逐渐(逐渐(zhújiàn):渐渐;逐步。)从简单向繁多精密发展。从脱离母体到成年(约20—35岁),人体器官逐步向功能完善发展。从成年到40岁左右,人体各器官的功能基本保持不变。此后,人体各器官的功能逐渐衰老。

20世纪70年代中期,通过对组织现象的仔细考察和长期研究,普利戈津提出了耗散结构理论。按照该理论,可逆性是时间具体有对称性的基础,不可逆性是时间进化和退化的本质,一个非平衡系统(系统的温度等状态参量随时间变化,或系统与外界存在诸如热流粒子等宏观流动)的演化过程,可用数学中的分支点理论的描绘。一个非平衡系统(无论是生物或非生物系统)经过分叉点A、B演化到C时,对C态的解释必然暗含着对A态与B态的了解。C态的秩序和结构比A态与B态的既有可能更高级精密(进化)也可能更低级简单(退化)。普利戈津就这样定量统一地解释了时间的进化性和退化性。

大爆炸模型(伽莫夫等,20世纪40年代)和爆胀模型(古斯等,80年代)揭示了时间在宇宙尺度上的对称性破缺:约200亿年前,宇宙还是一个质量密度无限大的“奇点”,一次巨大的爆炸(爆炸(bàozhà):物体体积急剧膨大,使周围气压发生强烈变化并产生巨大的声响。),并经过200亿年的近光速膨胀,形成了现在的宇宙,且还在膨(膨:pénɡ。)胀。在基本粒子领域,美国科学家克罗宁和菲奇发现了时间对称性自发破缺的现象(1964):C介子在衰变过程中,对于空间反射和电荷共轭变换不守恒,从而说明了时间反演对称性自发破缺。

爱因斯坦曾认为,时间不过是人的主观“幻觉”而已。他说:“对我们这些信念(信念(xìnniàn):自己认为可以确定的看法。)坚定的物理学家来说,过去、现在与未来之间的差别只是一种幻觉,虽然是一种长久不变的幻觉。”这种观点未免过于偏颇。如上所述,时间是具有客观性(事物或发展或退化或不变是客观的)。但不可否认,时间确与人(的主观性)有联系。搞清楚时间的最终本质是科学家的一大愿望。

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