3.时间有无头尾？
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| 二先网 |
2013年2月18日 星期一
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后 记
作为本书主题的时间的奥秘就是从宇宙说起的大浪漫话题。也许有人会觉得浪漫固然精彩，但是它不应属于科学的范畴之内。的确，如果科学只包括那些已经得到确证的东西，那么在本书所涉及的内容里包括了浪漫的、甚至永远属于浪漫范畴的部分。“我不接受这些含糊不清的东西”——这样的意见本身也称得上是一种观点。
如果按照这种观点对科学进行严格规定，那么微观世界的量子力学与宏观世界的相对论、还有很可能存在于宇宙空间中——特别是天鹅座X－1——的黑洞等大概算得上是真正的科学。
科学与浪漫的界限是很难划分的。大小只相当于一块方糖却重达数亿吨的高密度物质在30年前仅仅是空想，至于由这种物质形成的星体将把光吞没进去……简直如同天方夜谭，然而现在科学家们已经开始着手对中子星以及黑洞进行探索，浪漫已经超出它的固有疆界进入了科学的领域之中。象这样起源于好奇心、脱离常识的东西最终作为真实得到承认的事例在科学史上不胜枚举。
特别是在以时间为主题的本书中，最令人感到奇妙的是虚时间。如同正文中所介绍的，当我们设定四维时空间并且“一本正经”地将勾股定理沿用过来的话，时间轴就成了虚轴ict，霍金利用虚时间避开了在大爆炸及大塌缩中所出现的奇点。那么，如果说宇宙诞生时为虚时间、现在为实时间的话，它们之间的界限在哪里呢？到底是在哪一瞬间由虚转实的呢？十分遗憾，霍金没有给出答案。
也有的学者认为我们现在的时间就是个虚数，这种观点非常有趣。与眼见为实的长度、宽度等不同，人类只能感觉到其‘经过’的时间在数学上是个虚数。这种超脱凡俗（应该说超脱实数）的思维本身就称得上是一种罗曼蒂克。
诞生于本世纪初的量子力学和相对论都是打破了旧观点的震惊世界的理论，它们的可靠性已经经受住了考验。量子力学成了今天微电子技术的不可缺少的基石，它早已突破了仅仅作为一种学术理论存在的意义，依据用量子力学计算出的电子的各种运动形态，人类生产出了各种日常生活中必不可少的产品。量子力学和相对论都是科学史上的大革命。
宇宙从诞生到现在已经度过了一百五六十亿年的时间。有关宇宙的框架，科学家们正在努力地用相对论和量子力学来进行解释。
本书介绍了这些前沿的课题，笔者在感到这些说法有道理的同时，在自己的脑海里也不时出现“真是这样的吗？”之类的疑问。
相对论和量子力学都是在快到公元2000年时由擅长思考的叫做人类的生物所创立的科学，它们的精彩和伟大不容怀疑。但是，靠它们就能解释长达100多亿年的宇宙历史吗？
人类的历史还将持续多久？或许终将会有灭亡的一天。但是至少在21世纪、22世纪或今后相当长的时间里，人类文明将持续下去，这一点应该没有问题。
我们正在试图用20世纪的相对论和量子力学来解释一切，这实质上意味着将来不会再出现比它们更完美的基础理论，果真如此吗？19世纪的人无论如何也不曾想过相对论和量子力学，依此类推，将来的人一定会创建开拓出我们今天无法预料的‘什么’。难道相对论和量子力学已经使基础理论达到了完美无缺的程度、剩下的只是如何运用的问题了吗？……
从当今的物理学的实际情况来分析，量子力学和相对论不应该是基础理论的终点。我们承认它们的伟大并不等于认为它们已经到了登峰造极、无出其右的程度。
然而目前我们只能使用已有的武器去解释自然界，本书的目的就是想介绍这些努力的来龙去脉。虽然笔者无法预测，兴许在100年或200年后的将来，人类会发现更为基本的原理并对宇宙作出与今天完全不同的解释。在大自然面前，人类必须永远抱着谦逊的态度。
1.时间的客观性
时间是客观的还是主观的，这是科学与神学的分水岭。并且，这儿没有中间状态，只要被人们左右就不是客观的。时间是物质运动的持续性，它与作为物质运动的广延性的空间一样，是客观的。
而作为人们对物质客观性质的反映，自然会带有主观性，时间是如此，空间也是这样。例如，对于经常锻炼的人，尤其是运动员来说，十公里路‘不算远’，而对于不常运动的人，十公里就‘太远了’；即使是同一个人，当他一天走一百里时，他会觉得，前九十里和后十里一样，这也就是‘行百里者半九十’成语的含意之一吧。再比如说温度，如果您先把左右手分别放入冷水和热水中1分钟，再把双手放入同一盆温水中。那末，根据左手，您会觉得这盆水较热；而根据右手，您又觉得它较冷。同样温度的铁块会比木块凉些。这样的例子不胜枚举。但是，这些并不能说明，空间、温度等不是客观的，同样，书中的例子也不能说明时间不是客观的。
2.时间的度量
长时期以来，人们都用太阳或月亮相对于地球的运动来度量时间。现代，人们发现上述单位不稳定，便改用铯133原子基态两个超精细能级之间跃迁辐射的9192631770个周期的持续时间来规定1秒。由这些度量也可以看出，时间是客观的。
书中介绍了用熵来度量时间的观点。然而，这种做法是行不通的。原因是，理论上，在微观世界，对于少数粒子的运动，如正负电子碰撞产生光子，熵无定义；在宇观世界，许多科学家（如温伯格等）并不认为熵恒增加。实践上，熵并不是可以直接测量的量。
3.时间有无头尾？
物质不灭，并且永远运动。必然的结论就是时间无头尾。当今的宇宙来源于大爆炸，并不等于说，大爆炸就是时间的头。因为在大爆炸前，宇宙也必然存在，并且运动！
书中值得讨论的地方还很多，编者曾加了几个注。但是，要说清楚这些问题，还远远不够。这也正是物理学的魅力之所在。
张邦固
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