《时间简史》读书笔记5

第5天：第9章时间箭头

             第10章虫洞和对间旅行

时间箭头将过去与未来区别开来，使时间有了方向。在这一章，作者再次提到了科学定律在CPT联合作用下不变，并且在单独的T对称下不变。无序度或熵的增加是时间箭头的一个很好的例子。在此，时间箭头包括三种类型：一是热力学上的时间箭头（宇宙的无边界假设对其进行了很好的定义）；二是心理学上的时间箭头（时间的流逝，人们记住的只是过去）；三是宇宙学上的时间箭头（宇宙膨胀非收缩的方向）。前两者在本质上是一致的，心理学上的时间箭头由热力学的时间箭头决定，两者指向相同。热力学与宇宙学时间在宇宙的整个历史指向一致时才会给无序度在宇宙膨胀的时间方向上增加的智力生命的发展提供条件。作者用计算机类比说明了如果一个系统服从一个高度有序的初始条件，无序度会随着时间的增加而增大，热力学时间箭头即是无序状态多于有序状态。假定宇宙从非常波浪起伏的状态开始，无序度不会随时间而增加或保持一个常数，热力学时间与宇宙时间将不会保持一致，在此种情况下我们只能用量子引力论来理解宇宙。宇宙开始暴涨时，密度起伏较小，之后开始变大，密度比平均值稍大的区域会因质量引起的额外的引力使膨胀变慢，继尔停止膨胀，并坍缩成星系、恒星和我们。因此，宇宙从光滑有序的状态随时间演化成无序的波浪起伏的状态也用来解释热力学时间箭头的存在。作者用黑洞辐射类比宇宙停止膨胀后开始收缩的过程，无边界条件意味着事实上在收缩相时无序度会继续增加，在宇宙或黑洞中热力学时间与心理学时间并不会因此而反向。

哥德尔证明了广义相对论允许的时空旅行。但对微波背景和轻元素丰度的观测却表明，早期宇宙并没有允许旅行的曲率。在这里，超光速壁垒是无法实现的，这是实验证实过的。在1938年，爱因斯坦与罗森提出了桥的概念，与现在虫洞相类似，但是他们认为这个桥并不能维持足够久以实现时空的旅行。在此，量子引力论在解决这个问题时就显得越发的重要，它是建立在不确定原理基础上的，允许负能量密度，这个假设是通过两块平板间虚粒子的差异（平板间粒子是共振的波长，在外面则是任意的波长，且数量是内少于外）来说明的。作者提出任何的时间旅行都被限于未来，改变时间旅行导致的佯谬有两个方法：协调历史法（时间旅行者没有自由意志）；选择历史假想（时间旅行回到是与记载的历史不同的另外的历史中去）。后者类似费因曼的历史求和方法，但与之有差异。黑洞辐射虚粒子的行为表明在量子理论方面是允许在微观尺度上时间往回的运动，并且会产生可观测的效应。但在宏观方面，量子理论是否允许旅行到过去呢？作者提出了与宇宙监督猜测类似的时序防卫猜测（即物理学定理防止宏观物体将信息传递到过去），并认为这是个有效的猜测。

当然，猜测只是猜测，宇宙对于我们来说仍是神秘莫测的，我们渴望能回到过去回到初始去了解它，由此而生的无限的想象对我们现实的生活增添了无穷的色彩！

2018.3.22