好一段時間沒有翻科普書,這次有種「物理魂」回來的感覺!
《時間的秩序》用最顛覆你直覺與常識的方式,深入淺出地指出時間怪異的本質。讓我們想一想已經被物理學證實的現象:
本書由義大利理論物理學家卡羅.羅維理(Carlo Rovelli)所寫,他用幽默又富文學性的筆觸指出,在宇宙中時間不是統一的、客觀的、標準的。沒有獨立在世界之外的「時間」存在。
這到底是怎麼回事?那世界真實的樣子究竟為何?基於有限的視角,我們似乎只能「近似」世界的模樣。但作者鼓勵我們,我們不能一味讓世界服從我們的知覺,而是努力讓我們的知覺跟上世界的奧秘。物理學的美妙之處,正是展現在此。
什麼是「現在」?
想像一下,你的姐姐住在距離地球以外四光年的比鄰星b(光走到地球要花四年)。如果你接受到她傳來的無線電波訊息,說她正在過二十歲的生日,那代表那是她「四年前」的慶生,她現在已經在慶祝二十四歲的生日了。所以,地球的「現在」,是比鄰星b的「過去」;而比鄰星b的「現在」,是地球的「未來」?
這到底怎麼一回事?
或者我們可以這樣說,姐姐「現在」的二十四歲慶生,是我們「現在」在地球接受到她二十歲慶生的訊息時,四年後她將要做的事情。然而,在姐姐的時間裡,經過四年後,她可能早已離開比鄰星b,返回地球了。那時,可能是在未來的十個地球年!但是,姐姐的「現在」怎麼會在「未來」呢?
如果你讀得有點混亂,純屬正常。事實上,我們必須放棄「統一的現在」的堅持。問另一個星球與地球上的對應時刻是沒有意義的,因為我們的「現在」不會延伸到整個宇宙。它就像包圍我們的有限氣泡,取決於我們決定時間的精確程度。因此,在過去和未來之間,有個時間段落「既非過去,亦非未來」。
這就是愛因斯坦所說的「膨脹的現在」(expanded present),我們能膨脹的程度很有限,因此就近似整個地球如一個氣泡,而地球上所有人都屬同一瞬間。如果我們對時間精確的定義是到奈秒,那「現在」的定義不過幾公尺。幸好,人類連0.1秒都很難分辨,所以我們可以放心地認為每個人都在「同樣的現在」。
「認為整個宇宙有一個定義明確的現在,這個想法只是幻覺,是我們根據個人經驗所做的不合理推論。」
為什麼我們會經歷到時間的流逝?
有意思的是,在所有的物理學方程式中,唯一區分過去與未來的是熱力學第二定律(ΔS≧0,熵的變化大於等於零)。
如果我們看到影片中有一顆球在滾動,你沒有辦法分辨影片是正著播放還是倒著播放;但如果球停下來,你就會知道是正著播放。那是因為,球在滾動的過程中摩擦生熱。在有熱產生的地方,才會有過去與未來。
低溫的物體受到高溫的物體碰觸,就會被加熱,裡頭的分子就會活躍起來,瘋狂撞擊。這樣的熱騷動只能從高溫傳向低溫,不能從低溫傳向高溫,像是一杯冷水不會把自己的熱傳給熱水。
物理學家波茲曼發現,熱騷動讓物體的「分子亂度」增加,就好像原本整齊有序的牌被一直洗牌。他用「熵的增加」來描述自然界會朝向「失序」的狀態。時間會從有秩序的一端流向失序的一端,這又被稱為「時間之箭」。
不過,作者提問,為什麼過去就比較「有秩序」?他請我們想想:如果一副撲克牌前面二十六張都是紅色,後面二十六張都是黑色,我們就會稱之為「特殊」或「有秩序」的。但是,那是因為我們在意的是顏色。若我們注意的是數字,我們會認為前面二十六張是奇數,後面二十六張是偶數才是「特殊」的。
事實上,如果觀察五十二張牌排列的全部細節,那會發現「所有的排列都是特殊的」。但既然從微觀層次來看,所有的排列都是特殊的,那熵就沒有高與低的差別,過去與未來的差別就不復存在。這完全不是我們的經驗啊!
作者說,那是因為我們用「模糊」的方式來描述世界,用特定的視野去認知到低熵的存在。熵是相對的概念。低熵不是宇宙過去的一個特殊狀態,而是我們與世界互動的方式才造就的特殊狀態。宇宙有無數個系統、無數個交互作用,而剛好我們只在某個系統中,只考慮與我們系統曾發生交互作用的變數,而這些變數的值又決定了世界相對於我們系統的狀態。我們系統的熵上下起伏很特別,因此造就了時間的流動。
這就好比天空的日夜旋轉不是宇宙的本質,因為在旋轉的其實是我們。特殊的其實是我們!
我尤其喜歡本書談「量子重力」的章節,這是作者畢生在研究的主題(雖然讀得不是很懂,但還是很過癮)。
他指出,重力場(時空)也可以像光或電子一樣「量子化」。當我們將尺度放到普朗克時間(10-44秒)以下時,便會發現「連續時間段」的概念不復適用,時間的測量會變成是不連續的特定值。且根據量子力學的「不確定性原理」,時空也可以如電子一樣處於疊加態,沒有固定的位置,僅能用機率闡述。因此,甚至連過去、現在與未來的差別,都變得上下起伏,變得不確定──一個事件可以同時在另一事件前與後。
時空是一個沒有確定值的量子實體,直到它與其他物體發生交互作用,時間段才會是粒子性且確定的。
「時間鬆弛為互相關聯的網路,不再聚合形成一種同調的畫布。時空(複數型態)的圖畫上下起伏,層層疊加,在特定時刻,與特定物體發生關聯,然後突然實體化出現,於是造成一種非常模糊的圖像。但這已是我們對於世界精微的粒子性所能有的最好圖像了。」
於是,在本體論的層次,我們改變了對世界的看法。世界不是由事物、物質、實體組成的,而是事件、發生、過程組成的。事物在時間中持續存在,但事件僅發生在某刻。
看看桌上的書,它們雖然看起來是個事物,但這些事物是由原子組成的,而這些原子又是由更基本的粒子組成的,是短暫的量子場騷動,是無數個事件相互作用的結果。就好比一朵雲不是事物,而是空氣中的水氣凝結而成的;波浪不是事物,而是無數個水分子的運動。
世界是事件的網絡。
「如果我們所說的『時間』代表的只是『發生』,那麼萬事萬物皆時間。存在於時間之內的,除了『事件發生』,別無他物。」
好險,我們是一般人,不是物理學家,所以感覺世界有朦朧美,尚未分崩離析(?
作者在最後回到人的內在感知,引用哲學與神經科學的思想,探討人如何用記憶與預期來體驗生命。
大腦是一部收集過去記憶的機器,以便用這些記憶來預測未來。例如,如果有人拋一顆球過來,我們的手會很自然地移動到球等等會出現的位置。在神經系統的訊號中,一顆球出現在A,隨後出現在B,並不會呈現兩種不同的訊號,而是會整合成一個訊號,反映我們看見某物體移動的現實。我們看到的不是「當下」,而是時間中發生與擴張的事物。
其實,早在西元四世紀聖奧古斯丁在思索時間的本質時,便指出時間不是客觀的,而是存在於心智中的事物。我們雖然永遠只能處在「當下」,卻內建了統一的時間結構,好讓我們將記憶與預期存於我們內心中,因此得以感知到時間的流逝。他舉例說,當我們聽音樂的時候,當下的聲音的意義是由「前後的聲音」所決定,一首歌是以統一的形式存在於我們心中。
過去、現在與未來集一身在我們心中。我們體驗著變化多端的事件,品嘗著生命的成長,當然也承受著時間帶來的痛苦。
《時間的秩序》用優美的文字與大量生動的比喻帶領我們進入探索時間的旅程,讓我們了解到萬事萬物都在變化。或許,探討宇宙「真實的樣子」對我們來說的意義不是在於描述正確性,而是「朦朧地」去感謝這些「偶然」造就了無數令我們感動的奇蹟。
時間創造天上的星星,淬鍊璀璨的寶石,孕育無數個珍貴生命。而或許在宇宙的另一頭,也有另一群生命在感謝時間帶給他們的寶藏。儘管我們沒有共同的「現在」。
正如《傳道書》所說的:「凡事都有定期,天下每一事務都有定時。生有時,死有時;栽種有時,拔出有時。」(3:1-2)
我們都存在於時間之中,感謝著。