宇宙奥秘我们都知道玻璃杯摔碎后不能复原
在纪念路威玻尔兹曼这位杰出的物理学家时,我们不禁想起他留给我们的宝贵遗产。他的墓碑上刻着象征其伟大理论的方程式“S=K LOG W”,这就是熵的公式,一个描述宇宙万物从有序走向无序的度量衡。这个公式如同一把钥匙,为我们打开了理解宇宙演变的大门。
想象一下,一本书的页面原本井然有序,从第一页到最后一页依次排列。一旦我们将这些页面撕下并任其飘落,它们就会迅速变得杂乱无章。这是因为,有序的状态倾向于向无序转变,这是熵增的一种直观展示。鸡蛋破碎、冰块融化、浓烟扩散,这些日常生活中的例子无不体现了熵增的过程。
玻尔兹曼的理论认为,时间的箭头——即从过去到未来——可能与熵的增加有关。大自然的倾向是朝着更加混乱和无序的方向发展。这似乎解释了为什么我们看到的宇宙是朝着无序的方向演变。物理定律本身却无法解释为何未来和过去会有差异。我们为何记得过去的事情比未来的更加清晰?这引发了一个问题:除了物理定律之外,是否还有其他的因素在影响时间的箭头?
想象打棒球的场景。物理定律可以预测球的落地位置,没有初始条件——比如击球的力度和角度——这些定律就无法给出准确的预测。同样地,为了解释时间之箭,我们可能需要了解宇宙的初始条件。
回溯宇宙的历史,我们可以想象一部倒放的电影。随着倒带,事物的秩序逐渐显现,星系逐渐聚集形成气体云和尘云,最终回到一个无时间、无空间的奇点。这个奇点可以看作是宇宙大爆炸的起点。大爆炸可能是极有秩序的状态,甚至可能是最有序的。从这个起点开始,宇宙开始走向无序的状态,就像一根被拉紧的发条放松后释放能量一样。我们可以把宇宙大爆炸看作是这个“发条”被释放的瞬间。
那么,大爆炸之后的低熵状态是如何形成的呢?我们仍然无法解释。但我们知道的是,宇宙从大爆炸开始就不断走向无序状态。每次玻璃杯的破碎都是这一进程的体现,它们遵循着从有序到无序的自然趋势。我们所经历的每一刻都在推动这一始于数十亿年前的进程。宇宙中的每一颗恒星、每一个生命现象都只是这一宏大进程中的小小浪花。我们是乘着宇宙中越来越混乱的波浪的冲浪客,那些波浪构成了我们过去与未来的分界线!