宇宙紀錄片合集（共162集） P158 - 宇宙的構造02時間幻象

就在日常現實之下 存在著一個令人驚嘆的世界 其中我們對宇宙的許多 認知都是錯誤的 物理學家兼暢銷書作家布萊恩·格林帶你進入這個世界 在一個顛覆人類經驗規則的旅程中 我們為什麼從來不會看到 事件逆向發生 根據物理定律 這是可以發生的 這是一個世界 當我們深入探索宇宙最極端的領域時 從黑洞到…… 宇宙大爆炸 直達物質的核心 我想要他所擁有的東西 這裡 虛空之中 充滿著激烈的活動 我們的宇宙可能是許多宇宙之一 而三維世界 只是個幻象 但這怎麼可能呢 我們怎麼可能對如此熟悉的事物產生這麼大的誤解呢 究竟發生了什麼 這確實讓我們煩惱 自然法則中並沒有規定理論物理學家一定 要快樂 這是一種改變遊戲規則的觀點 開啟了全新的可能性 一個全新的可能性世界即將來臨……環顧任何火車站 你都能看到時間如何支配著我 們的生活 但時間並非它看起來那樣 過去、現在與未來之間可能並沒有明顯的區別 現在與未來 如果時間不是我們所認為的那樣 那麼時間究竟是什麼 它曾經有過嗎 時間的幻象在時空的織網上 開始嗎 它會有終結嗎 它來自何處 當前在NOVA播出的宇宙 NOVA的主要資金來自以下贊助 大衛·H·柯克 並發現新知識 HHMI 並由公共廣播公司提供 以及來自像你這樣的觀眾對你當地PBS電台的捐款 謝謝 主要資金來源為 《宇宙的織物》由國家科學基金會提供 發現由此開始 亞 伯特·P·史隆基金會 支持原創研究與公眾對科學的了解 科學、技術、工程與數學 額外資金由亞瑟·維寧·戴維 斯基金會提供 該基金會致力於透過教育強化美國的未來 美國能源部科學局 以及喬治·D·史密斯基金 很久以前 每則好故事開頭那個神奇的詞語 但什麼是 時間的故事 人們說時間飛逝 時間就是金錢 我們浪費時間 我們消磨時間 我們 試著節省時間 但我們真正了解時間嗎 就像這條河一樣 時間似乎無止境地從一個瞬間流轉到另一個瞬間 時間的流動似乎總是如此 朝向未來的一個方向 但這可能並不正確 過去一個世 紀的發現顯示 我們對時間的許多想法可能只是一種幻覺 與日常經驗相反 時間可能根本不會流動 我們的過去可能並未消失 我們的未來可能已經存在 時間本身竟然可以加速或減緩 我們認為可以展開的事件 卻在 只有一個方向 也可以反向展開 但這可能嗎 我們怎麼可能這麼錯誤 對某件如此熟悉的事物來說呢 如果時間並不是我們所認為的那樣 那麼時間究竟是什麼 它有開始嗎 會有結束嗎 它從哪裡來的 我們想把時間逼到角落 事物 但它完全否定了這一點 因為它只是瞬間的 只 擁有回溯時間本質的定義 時間是每個人都知道的東西 親密地 直到你請他們告訴你這件事 時間的真正含義其實是64 000美元 物理學的問題 基本上 時間的任何方面我都覺得我們並未真正完全理解 那麼 要如何才能解開像時間這樣深奧難解的謎題呢 一個方法就是去測量它 它 而使用各種不同形狀、大小和類型的鐘錶 我們已經持續以越來越精 確的方式測量時間數千年了 第一個鐘錶就是你可以说會滴答作響的那種 地球每天自轉一次 從地球每日繞軸旋轉的重複現象 到每年繞 太陽公轉的軌道 我們一直以來都利用這類可預測且穩定的現象 地球的運動用來測量時間 我們一直在尋找反覆出現的事物 而這種重複 這種事物的週期 就形成了時鐘 時間就只是這樣 是一種重複的過程 利用日晷測量地球的運動 我們將一天分為 小時 地球一天自轉一次 我們透過觀察太陽的升起和落下來計算日子 太陽的運行 隨著擺鐘的擺動 我們將小時分成了分鐘和秒鐘 透過石英晶體的震動 我們將準確度提升至千分之一秒 但位於科羅拉多州的美國國家標準技術研究院才是你真正想知 道現在時間的地方 這是美國官方時間 這已經是最高準確度了 比這更準確 這裡 他們使用最小的設備以令人驚嘆的準確度來測量時間 宇宙中的物體 一種稱為銫的稀有金屬的原子 原子具有自然頻率 任何產生震動或重複運動的東西都可以成為時鐘 銫原子震動的頻率是世界官方的時間標準 當銫原子受到能量轟擊時 它會震動或產生節拍 發出光脈衝 每秒超過九十億次 我們計算銫原子的震動次數 而銫原子 每秒有9 192 631 770次計數 每次你數到這個數字時 一秒過去了 你得到一秒又一秒 一秒再一秒 一秒又一秒 這實在令人驚嘆 我的手錶每隔幾個月就會快或慢一秒鐘 我們談的是那些在一億年內才會快或慢一秒鐘的鐘 而這種故事 我們用某種時間度量來取代另一種我們認 為更準確的度量 一直是物理學數百年來持續改革的過程 但無論我們的鐘錶變得如何精準 時間仍然是一個謎 鐘錶可以告訴我們什麼是時間的流逝 時間到了 但他們還無法告訴我們時間本身是什麼 我們實際上到底在說什麼呢 測量時間 我們可能不知道時間是什麼 但時間流逝的體驗 是我們生活中基本的一部分 我們總是思考時間 回憶過去 規劃未來 活在時間不斷滴答的流轉中 我的意思是 看看任何火車站 你就能明白時間是如何支配我們的生活的 可能不會有 顯而易見的是 火車旅行的興起在其中扮演了關鍵角色 時間相關的發現 請給我車票 先生 火車準時嗎 是的 謝謝 在火車旅行的早期 時間是一個獨特的問題 當時 每個城鎮都設定自己的時間 每個人都有自己特別的時間 中午是太陽正好在頭上的時候 大概就是那個時候 那麼什麼時間呢 它是在另一座城市 嗯 你懂的 這幾乎不重要 而要讓事情更複雜的是 此外 火車將會載著它們出發城市的时间 所以如果我要去 從巴黎到日內瓦 我一路都會使用巴黎時間 因為我是在那裡出發的 但是當我往另一個方向走 從日內瓦到巴黎時 我會使用日內瓦時間 隨著越來越多的鐵路線交錯 以及越來越多不 同的列車在該交換站停靠 情況變得一片混亂 協調遠距離的鐘錶時間變得是一個重大問 題 特別是當這些城市僅由單一軌道連接時 現代時間的故事就從這裡開始 當同步鐘錶的需求變得越來越關鍵時 一位年輕的物理學家愛因斯坦在伯爾尼的專利局找到了工作 瑞士是當時所有偉大發明的近距離觀看地點 專利文件顯 示了如何以新穎且令人興奮的方式 透過電報信號同步鐘錶 透過無線電波同步的鐘錶 讓時間的同步以及當時的時間是什麼樣子 以及如何測量時間 對愛因斯坦來說變得立即重要且令人興奮 愛因斯坦很快將以對時間本質的激進洞察改變世界 而這些機械裝置提供了意想不到的靈感 愛因斯坦意識到這些 試圖同步鐘錶時 它們遠不止是富有創意的發明 相反 他意識到它們揭示了我們對時間本質理解中的一道深層裂縫 大多數人以一種相當簡單直接的方式看待時間 時間對每個地方的每個人來說都是相同的 這是一種由 現代科學之父艾薩克·牛頓 對艾薩克·牛頓來說 時 間是宇宙中一個不變的性質 時間總是以相同的速度變化 時間就這樣持續前進 我們真的無能為力 儘管牛頓對時間的描繪看似合理 愛因斯坦卻意識到那並不正確 他發現時間可以以不同的速率流動 儘管聽起來很奇怪 這意味著我的時間可能與你的時間不同 愛因斯坦的發現顛覆了牛頓對現實的觀念 愛因斯坦說 時間不只是整個宇宙的標籤 時間是個人的體驗 愛因斯坦給我們的是一個更加豐富的圖像 其 中每個人都有自己私人的時間 而這個時間以各自不同的速率流動 並沒有像全球TikTok那樣的時間 曾經有過那樣的時刻 愛因斯坦透過發現空間與時間之間隱藏的聯繫 得出了這個令人震驚的結論 愛因斯坦發現的是 物體在空間中的運動與時間之間存在著深刻的關聯 空間與時間的流轉 粗略來說 你擁有的其中一者越多 另一者就越少 另一個 要了解這是如何運作的 讓我們來個小旅程 現在 我正朝正北方向前進 每小時60英里 這表示我所有的移動都是向北的 但讓我們現在轉向 轉入另一條路線向西北方向行進 我仍然以每小時60英里的速度前進 但我不再繼續前進了 我向北前進的進度和一分鐘前一樣多 這是因為我向北的運 動部分被轉移或與向西的運動共享了 愛因斯坦意識到時間 空間與其關係就如同北與西一樣相互關聯 並以這個驚人的洞察 愛因斯坦推翻了「時間對每個人來說都是一樣流逝」的 常識觀念 我的意思是 那個男人會說 「時間對每個人來說都是一樣流逝」 我完全沒有移動 但我在移動 我或許沒有在空間中移動 但我正在時間中移動 時間 我的意思是 畢竟 我的手錶一直不停地滴答作響 只要我還站著 就會繼續這樣 不過 那是指並未在空間中移動 愛因斯坦說 我所有的運動都是在時間中 但 看看如果我走過去那個男人會發生什麼 我們把它誇大了 但因為我現在開始移動了 他會覺得我的手錶走得較慢 這是因為從他的觀點來看 我過去在時 間上的移動部分被轉移到了我在空間上的移動 而且不只是我的手錶 如果我們真的誇大了效果 他會察覺我所有的動作、我的聲音 以及我身 上的一切都變慢了 而現在我停止了動作 我們手錶上的時間流動也變慢了 再一次同意 這是愛因斯坦的關鍵洞察 即在空間中的運動會影響時間的流動 時間的測量竟然會有分歧 這實在令人驚訝 時間的測量 與我們分開 對吧 為什麼我的時間測量會依賴於我的移動方式或你的移動方式 移動 這一點都不合理 對那個正在移動的人來說 時間本身變得更慢了 這真令人驚訝 愛因斯坦之前 沒有人想到這樣的事情會發生 那是愛因斯坦獨有的想法 那麼 為何我們在日常生活中從來不會看到這種情況呢 因為在地球上我們移動的速度很慢 運動對時間的影響非常微小 我們並不會直接感受到它 但其效果是真實且可測量的 要做到這一點 你只需要幾台原子鐘和一架噴氣式飛機 而這個實驗已經被進行過 1971年當科學家將原子鐘環繞世界飛行後 再與地面的原子 鐘比較時 愛因斯坦預測的結果出現了 兩個鐘不再一致 差異為 僅僅數十億分之一秒 但這卻是運動對時間流動影響的 實實在在證據 愛因斯坦的理論一再被驗證 一再被驗證 而且一切都能融會貫通 這確實形成了我們理解自然運作 方式的基礎 這些效應過去曾被認為相當隱晦且微不足道 現代的科技讓這一點變得非常明顯 發現時空之間的這種意外 聯繫後 愛因斯坦意識到 這兩個概念不能再被視為獨立的實體 相反 空間和時間融合在一起 被稱為時空 愛因斯坦將空間與時間的概念統合為一個四維結構 稱為時空 而 這種空間與時間的融合 使愛因斯坦得出了或許是最具突破性的想法 對所有事物的驚人認識 我們在過去、現在與未來之間所看到的明顯差異 可能只是一種幻覺 在日常生活中 我們體驗到的時間是連續流動的 但也可以將時間視為一系列的快照或瞬間 而且每一件發生的事都可以被視為一瞬間接一瞬間的展開 片刻之後 如果我們想像所有片刻或快照依次排列 這裡的每一個 片刻 地球繞太陽運行的每一個片刻 以及整個宇宙中的每一個片刻 我們將看到過去及未來發生的每一件事 宇宙中每個地點 與時間的每一個瞬間 從我們宇宙在大爆炸時的誕生開始 約140億年前 到銀河系中恆星的形成 到地球形成的45億年前 到恐龍時代 像我在辦公室工作這樣的地球上的事件 這樣思考空間時間的方式 讓愛因斯坦顛覆了我們對過去、現在和未來的日常觀念 要體會這一點 你必須思考「現在」這個看似簡單的概念 對 我來說 一份我認為正在發生的事情清單可能包括正午的鐘聲 在我辦公室的鐘聲剛響起 我的貓剛從窗台跳下來 遠方發生的事 情就像威尼斯的一隻鴿子此刻正展翅飛翔 一顆隕石剛剛擊中月球 宇宙深處一顆恆星爆發的景象 這些以及我所想到的所有其他事件 在同一時間於我們宇宙不同區域發生的事情 組成了我所說的 直覺地認為現在 你可以想像它們位於一個時空切片上 讓我們稱之為現在的切片 常識會說你我以及每個人都會 同意此刻正在發生或存在什麼 一瞬間接一瞬間 也就是說 我們都會同意在一個特定的現在切片上有哪些事物 但愛因斯坦顯示 當考慮到運動時 這種常識性的時間觀念就會被拋諸腦後 你明白我的意思嗎 把時空想像成一條麵包 愛因斯坦發現 就像切麵包有許多不同的方式一樣 時空也有許多不同的切法 將時空切割成個別的現在切片 也就是說 因為運動會影響時間的流動 動起來的人對現在正在發生什麼事會有不同的觀感 因此他們會把麵包切成不同的片 他們的切片角度也會不同 那個移動的人會將刀子傾斜 以不同的角度切出這些薄片 他們不會與我時間的切片平行 要感受這種奇怪效果的影響 想像有一個外星人位於距離地球100億光年遠的銀河系 而在地球的另一端 加油站的那個男人 現在 如果這兩人靜止不動 彼此之間沒有移動 另一個 他們的鐘錶以相同的速度計時 因此他們共享相同的現在切片 這些 切片直接橫跨整個麵包 但請注意 如果外星人騎上他的自行車時會發生什麼 並直接遠離地球 由於運動會減緩時間的流動 他們的鐘表將不再以相同的速度計時 如果他們的鐘表不再一致 他們現在的切片也不再一致了 外星人現在的切片是 朝向過去的 而且角度不同 由於外星人騎車速度很慢 他的切片僅僅向過去偏移了一點點 但在這麼遙遠的距離下 這微小的角 度卻導致了時間上的巨大差異 因此 外星人會在自己的切片上發現什麼呢 現在他所認為發生在地球上的事情 已經不再包括我們的朋友了 在加油站 甚至早在我們的朋友還是嬰兒的時候 四十年前 令人驚訝的是 外星人現在 slice 已穿越地球歷史的兩百年 現在包含我們認為屬於遙遠 過去的事件 例如貝多芬完成第五號交響曲 即使在相對緩慢的狀況下 速度上 我們對現在的標籤可能有巨大的分歧 同一時間發生的事情 如果我們在空間上分開足夠遠 如果這還不奇怪 夠了 你移動的方向也會造成差異 注意當外星人轉身時會發生什麼 並朝地球騎來 外星人新的現在切片朝向未來 因此它包含 200年內地球上不會發生的事件 或許我們朋友的曾曾孫女會看到這一幕 從巴黎瞬間移動到紐約 一旦我們知道你的現在可以是我所認為的過去 或者你的現在可以是我所認為的未來 而你的現在與我的現在同樣真實 那麼我們才明白過往必須是真實的 未來也必須是真實的 它們可能就是你的現在 那意味著過去、現在與未來 同樣真實 它們都存在 如果你相信物理定律 未來和過去與現在的時刻一樣真實 過去並未消逝 未來也非虛無 過去、未來與現在 所有事物都是以完全相同的方式存在的 正如同我們認為所有空間都位 於那裡一樣 我們也應該認為所有時間都位於那裡 發生過的一切事物 或將發生 一切皆存在 從達文西為蒙娜麗莎畫上最 後一筆 到獨立宣言的簽署 到你人生的第一天上學 到我們看來尚未發生的事件 例如人類首次登陸火星 有了這個大膽的洞察 愛因斯坦打破了我們對時間體驗最基本的概念 過去、現在、未來之間的差異 他曾經說過 只是一種幻覺 儘管如此強烈 但如果時間中的每一刻都已經存在 那麼我們又如何解釋這一點呢 真實的情感 時間就像這條河一樣 似乎無限地向前奔流 嗯 或許我們一直以來都誤解了 被欺騙了 時間也沒有流動 或許時間之河更像是一條凍結的河 每一刻都永遠被定格 關於世界本來模樣最生動的例子 與時 間的流動有關 物理學對這種日常的時間體驗造成了極大的傷害 時間 我們對時間的全部體驗總是處於現在 我們所能把握的只是這一刻 瞬間 物理法則中沒有任何東西能區分某個現在與其他任何一個現在的不同 這只是從我們主觀觀點來看 才會覺得事物在變化 就像一部完整的電影存在於膠片捲軸上一樣 將所有時間的瞬 間都視為已經存在 差別在於 在電影中 投影機會點亮或選擇 每一幀隨著時間流過 但在物理定律中 並沒有證據顯示有類似投影機燈光那 樣的東西 會選擇某個時刻而忽略其他時刻 我們的大腦可能產生了這種印象 但實際上 我們所體驗到的時間流動可能不過如此而已 比幻覺更真實 但若時間如同這條凍結的河 不再流動 而所有時間都在那裡 穿越到未來或過去可能嗎 如果我們能時空旅行 會像 我們想像的那樣嗎 讓你穿越時間進入一個全新的世界 時間旅行者 假設時間機器再次出問題 我們能在任何時間去任何地方嗎 我們將嘗試時間旅行 外面沒有人 好萊塢尚未製造出真正能運作的時光機器 但令人驚訝的是 時光旅行或許可能實現 可能 現在開始搭乘24號航班前往天鵝座X-1黑洞 穿越時間的一種方式是 善用重力的一個奇特特性 這個我們熟悉的力量將我們的腳牢牢固定在地面上 地面對時間有深遠的影響 你好 您好 再見 先生 對 很晚之後 那麼 如何利用重力來製造時光機器呢 其實 愛因斯坦的理論顯示 重力 就像運動會影響時間一樣 重力似乎也能拉扯時間 減緩它的流動 而且重力越強 時間流速就越慢 在地球上 這種效應 太小 難以察覺 但確實存在 與生活在……的人相比 在摩天大樓的頂樓 住在底層的人會發現時間流逝得稍微 慢一點 因為靠近地面的地方重力稍微強一點 但如果你能 前往黑洞時 重力對時間的影響將會非常巨大 當大質量恆星自身坍縮 時形成黑洞 黑洞具有極強的引力 數百萬甚至數十億倍於太陽的引力 比地球強上數十億倍 如果有人看著你靠近黑洞旅行 他們會看到時間對你來說大幅減慢 當你接近那個黑洞時 對遠處的朋友來說 你會看起來移動得緩慢 說話緩慢 生物學上的老化也緩慢 對他們來說 年歲流逝 而對你來說可能只是數分鐘 因此 這取決於黑洞的大小 而且不管我多接近 如果我在軌道上待一小時或兩小時 可能已經過了五十年 他們將它傳回地球 我將會前往地球的未來 您好 先生 嗨 好久不見 時間旅行變成了你 謝謝 有點像青春之泉 所以當我 回來時 我會發現自己在未來 其他人都已經年過半百 但對我來說 只不過是老了幾個小時而已 現在 穿越到未來是一回事 但時間旅行到過去呢 嗯 這也可能 透過愛因斯坦方程 式預測的一種稱為蟲洞的東西 如果蟲洞存在 它們會是 類似於穿越時空的捷徑 連結的不僅是某個地方與另一個地方 還有某個時刻與另一個時刻 蟲洞將會連結時空中的某一部分 到時空中的另一個部分 這是一個較早的時間 就像一種地下鐵系統一樣 穿越時間 那麼 假設我想回到過去 與這段旅程開始時的自己見面 這個程式 如果蟲洞連接這裡和那裡 我只需要走過去就行了 很高興再次見到你 謝謝 回來真好 不過 這樣會有點奇怪 但時間旅行到過去真正的問題是 事情會變得相當混亂 很快 我的意思是 想像一下 如果我改變過去的某件事 比如阻止我父母相見 那是不是代表我就不會出生了 如果你真的前往過去 你就不能改變我們所知道的關於過去的真實事情 因為它們已經發生了 所以如果你回到過去並殺死了你認為是你的 祖父 那一定是你誤以為是祖父的另外一個人 而一切 必須以某種方式變得美好且自洽 即使是以扭曲的方式 如果你能回到過去 那麼來自未來的遊客為什麼沒有淹沒我們 我的意思是 想想看 我們還沒有看到任何無畏的時間旅行者來來往往 我們這個世界 至少 大多數人認為我們沒有 所以可以安全地認為 時光旅行到過去根本不可能 至少目前還不行 但數學上還沒出現 然而我們不能完全否定回到過去的時間旅行 因此這一點還遠未明確 這似乎永遠不可能成為現實 但至少在原則上 它看起來並非不可能 禁止的 我猜這是不可能的 但令人驚訝的是 我們仍然無法做到 嚴格證明這一點 雖然穿越到過去似乎遙不可及 但時間本身似乎只 朝一個方向流動 這在日常經驗中再常見不過了 這又該怎麼解釋呢 時間之箭只朝向未來嗎 我們稱之為時間之箭 時間之箭可能是我們所處宇宙中最明顯的事實 卻是我們尚 未完全理解的 為何我們處於一個時間具有方向性的宇宙中 是一種謎 這在太空中並不適用 在太空中 我可以從紐約到芝加哥 然後我就可以改變主意 從芝加哥去紐約 所以時間有一種單向的特性 我們根本無法理解它 為什麼它不能倒轉 它到底代表什麼 意思是時間從過去流向未來 那麼我們能說說關於時間的哪裡呢 時間之箭來自哪裡 為什麼我們只看到事件朝一個方向發展 我們為什麼不會看到時間倒流 你有沒有看過它們以相反的順序發生 嗯 這一定是物理定律的關係 我的意思是 他們當然…… 不要讓這種事情發生 實際上 他們確實會這樣做 物理 定律是我們用來描述從原子行為到宇宙運行的數學方程式 星系的漩渦 它們經過幾個世紀的觀察與實驗被設計並驗證 但令人驚訝的是 物理定律中並沒有任何規定說明事件必須要 時間的前進我們稱之為熟悉的序列 根據這些方程式 事件 也同樣可能以相反的順序展開 我們用來描述的大多數方程式 我們在周圍宇宙中所看到的東西並沒有時間之箭與之相連 它們是無論向前或向後移動時間都能同樣成立的方程式 物理學似乎根本上是可逆的 而我們的許多 生活卻似乎不可逆 儘管這與日常經驗相悖 物理定律實際上表示這些奇怪的事情是可能的 但這怎麼可能呢 好吧 答案其實沒有你想象中那麼荒謬 原因如下 我們都知道什麼是 如果我打翻這杯葡萄酒會發生什麼事 現在 這個混亂的狀態似乎能逆轉過來 重新形成一個裝滿葡萄酒的固體玻璃杯 這看起來很荒謬 但根據 物理定律允許這件事發生 我需要做的只是將所有物體的速率反轉 每一片玻璃、每一滴酒、液體中的每一個分子和原子 玻璃、桌子和空氣 只要將它們的速度全部反轉 然後 就完成了 因此 如果物理法則不關心眼鏡是碎裂還是未碎裂 我們為什麼從來看不到它們破碎 我們如何將物理定律與日常經驗調和 我們的了解中一定有什麼遺漏了 但究竟是什麼 什麼導致了這一切 時間之箭 像許多精彩的謎題一樣 這個問題引導我們在尋找中來到一個墓地 線索 在維也納 靠近貝多芬、布拉姆斯、舒伯特和史特勞斯的安息之地 這是19世紀奧地利物理學家路德維希·波茲曼的墓碑 頂部刻有一個優雅的公式 s 等於 k 與 w 的對數 這是對一個概念的數學表述 一個被稱為熵的強大概念 熵是我們都熟悉的某種事物的衡量標準 無序或隨機性 而這是一個重要的概念 因為所有事物都有一種趨勢 在宇宙中 從有序轉向無序 這裡有一種方法可以感受這個概念 拿起 我書籍的全部569頁 它非常有條理 第一页後面是第二頁 接下來是第三頁 依此類推 但現在 讓我們撕下這些頁面 讓熵發揮作用 如你所見 這些頁面變得非常混亂 原因很簡單 它們只有一種方式能按順序落地 但卻有無數種方式會亂七八糟地落地 順序錯亂 因此它們更可能導致一片混亂 這就是我們日常生活中所經歷的 事物從有序轉向混亂 在這種情況下 一本整齊有序的書變成頁面隨意散落的狀態 無論我們看向哪裡 我們看到熵或混亂隨著時間的推移而增加的例子 一顆雞蛋破裂並濺開 冰塊融化成水時喪失了整齊的形狀 滾滾煙霧變得越來越混亂 有序的狀態轉變為無序的狀態 那似乎可能是時間之箭的方向 我們看到不同程度的混亂 一種無序的度量 時間往往朝著一個方向增加 因此對波茲曼來說 這開始創造出時間的弧線 或許這就是答案 也許時間之箭來自自然趨向於越來越混亂的傾向 這看起來確實像是一種進步 但這種論點只有一個小問題 因為物理定律並不會區分未來與過去 熵不僅會朝向未來增加 也會朝向過去增加 這一點毫無道理 這就像說熵應該增加 無論我們往哪個方向看 我們都可以回溯時間 這應該會增加 我們也可以展望未來 這也應該會增加 這表示我書中的頁數 過去是混亂的 然後聚集在一起成為我手中整齊有序的書 你什麼時候曾經看過那種事情發生過 為什麼我們的日常經驗會與物理定律如此矛盾 一定有某塊拼圖遺失了 如果我們確定過去必須更有序 而且一切事物都趨向混亂 正如熵 的方程式告訴我們的那樣 除了物理定律之外 還有沒有其他因素呢 這或許能解釋這一點 好吧 想像一下擊打棒球 物理定律可以幫助你預測它會落在哪裡 但是這些法則並不是你需要的全部 將影片倒帶播放 你會發現你也需要初始條件 例如球被擊打的力度 同樣地 如果物理定律無法解釋時間的那一刻 也許我們需要進一步探尋宇宙的初始條件 這讓我們重新關注大爆炸理論 如果宇宙的歷史像一部電影 而你倒著播放 你會發現越往回看 秩序越增加 逐漸地 如今這充滿數十億星系、四處聚集的宇宙 將在所有物質收縮時回復成氣體和灰塵雲 這些氣體和灰塵雲層越來越接近 以致於如果你回溯足夠久遠的過去 它們會被壓縮到越來越小的體積中 我們現在來到了責任最終停止的地方 如果這代表著每一瞬間的所有空間 那麼我們就會發現 在這個單一的瞬間之前 根本已經沒有任何空間和時間了 所以秩序的最終來源 低熵的來源 這一定是宇宙的開始 大爆炸 宇宙大爆炸是一種高度有序的狀態 這可能是物理學中最具秩序的事件 從那之後 所有發生的事情都是混亂的加劇 大爆炸理論給我們一個理由 說明為何宇宙在往時間過去看與 往未來看時可能看起來不同 此外 當我們回溯到早期的時間 宇宙應該不僅與現在不同 而且高度有序 為什麼熵很低 我們不知道 但至少我們知道宇宙曾經有一個熵較低的起始點 因此 我們目前最合理的理解是 大爆炸讓時間的時刻開始了它的旅程 你可以想像這就像一個上緊發條的鐘 正如緊密上緊的鐘在鬆開時釋放出儲存的能量 宇宙自大爆炸以來一直在擴展 變得越來越混亂 我們的宇宙最初處於一種非常異常有序的狀態 那最終導致時間似乎有方向性的原因 我們尚不清楚為何我們的宇宙以高度有序的狀態開始 但這一事實意味著每次玻璃碎裂時 實際 上都是延續了數十億年前啟動的某種東西 玻璃會破碎但不會逆向復原 因為它遵循從有 序到混亂的自然趨勢 這個趨勢從大爆炸開始 我們永遠只能從過去移動到未來 我們周圍所看到的一切 從恆星的 形成到我們的生命 所有變化的過程 都是微不足道的附帶現象 在宇宙日益混亂的波浪上衝浪的人們 那定義了過去與未來的差異 因此 大爆炸在我們的宇宙上烙下了時間的時刻 而自那之後發生的一切可能只是朝向某種驅動力的發展 越來越嚴重的混亂 從137億年前的那個事件開始 但如果時間有個開始 而混亂一直增加 那是否代表時間也會有個終結 宇宙在遙遠的未來會是什麼樣子 最近的發現為這個問題帶來了新的啟示 宇宙大爆炸的爆發力量使空間向外急速擴張 因此 至今宇宙仍在持續擴張 直到最近 大多數人認為擴張必須減緩 也就是我們認為充滿星系的空間 有點像是一輛汽車在高速公路上行駛 如果駕駛員鬆開油門 汽車就會逐漸減速 同樣 我們認為宇宙正在擴張 但速度越來越慢 但令人驚訝的是 天文學家發現宇宙的擴張並沒有減慢 而是在加速 這就像有人沒有鬆開油門 而是 踩了下去 導致渦輪增壓器啟動 而且這正使宇宙的擴張速度越來越快 我們的擴張將在未來持續加速 不會減緩 這與我們漸漸習慣的想法完全相反 這對未來有著一些非常奇怪的含義 由於我們的宇宙正在加速擴張 在未來數百億年後 所有其他遙遠的星系都將遠離我們的視線 它看起來會像是我們的銀河系處於一片虛無之中 一個令人驚訝的結果是 我們的後代將會遭受巨大的損失 來自遙遠星系的光線必須穿越極遠的距離才能到達我們 當我們望向它們時 其實是在回望過去的時間 因此 在遙遠的未來 當那些遙遠的星系不再可見時 天文學家將發現 在宇宙的尺度上 過去已遙不可及 至於時間的終結 有一種理 論認為 最終黑洞將主宰宇宙 然後它們也將蒸發 只留下隨意的粒子在太空中漂浮 在一個遙遠的未來 所有事物都已腐朽 一切也都變得平滑無波 毫無變化 我們沒有改變 就無法真正理解時間的流動 如果沒有事件發生 那麼很難想像你怎麼會認為有時間存在 你甚至無法分辨時間前進和倒退的方向 時間本身終有一天會失去意義 大約350年前 艾薩克·牛頓——這位 最早開始科學思考時間的科學家之一—— 他寫道 他不需要定義時間 因為時間是大家都知道的東西 但在試圖將我們對時間的體驗 與時間的真正本質 我們被迫挑戰一些我們最根深蒂固的信念 我們現在知道 每一個從秩序轉向混亂的事件 都 與大爆炸本身有著關聯 這為我們提供了時間之箭 大家普遍認為有一個唯一真實的時間統治著宇宙 這個觀念 已經被一種新的看法所取代 即時間對每個人來說都是不同的 時間的流動 對我們而言就如同河流的流動一樣真實 可 能不過是一場幻覺 過去、現在 與未來可能都以同等的地位存在 我們對時間的日常體驗將永遠產生強大的影響 我們將繼續認為時間是普遍的 过去已經消逝 未來尚未到來 但由於我們的科學發現 我們也能超越經驗 認知到我們是更豐富且更奇特的現實的一部分 《宇宙的織構》的主要資金來自 國家科學基金會 發現從這裡開始 亞佛烈德·P·史隆基金會 致力於支持原創研 究並提升公眾對科學、技術、工程與數學的認識 額外資金由亞瑟·維寧· 大衛基金會提供 該基金會 致力於透過教育強化美國的未來 美國能源部科學局 以及喬治·D·史密斯基金