时间的秩序读书笔记

Book 读书 2020年1月31日 ~

by Jerry Zhu
at 2020-01-30

本书的作者是物理大拿卡洛•罗韦利,圈量子引力论的开创者之一。个人官网:http://www.cpt.univ-mrs.fr/~rovelli/

全文读起来有些生涩和深奥,断断续续差不多个把月才读完。从科学的角度,解释了世界为何唯变不变。结论居然与东方文化佛法道境界极为相近,不禁怀疑科学至极是什么?哲学?神学?亦或殊途同归。

时间的本质是什么?时间可以度量变化,或者说因为有了变化(熵增)才产生了时间。世界不断变化,同时造就了时间向未来的流逝的现象。熵是什么?简单来说就是混乱,熵增就是混乱加剧。参考:熵的百度百科 or 乎问答。熵增不可逆,时间亦同。

我们习惯或被教育用客观存在(如物体)来观察和理解这个世界,但这些是真的永远存在的么?在时间的长河中,最多能留下些许存在的痕迹,如恐龙,保留至今的无外乎些化石,让我们了解了侏罗纪时期的片段。如果换个角度理解世界,它由一段段事件组成,我们人类只是其中某个事件的主角,或许下一个事件的主角便成了猫或狗。听起来很科幻,不过以往的科幻现在不也成了现实么?

我们所追求的名、利、丰功、伟绩又是什么?是对这个世界更深的痕迹或是不朽?亦或是人们脑中的痕迹?世界的痕迹最终将被抹平,不朽是不存在的。人类最终会如何,充满了未知。

我们一直处于“宏观模糊”的状态,因为我们的无知,才会觉得未来不可知。站在微观角度,一切都是定数,因果之说是不存在的,当小于普朗克长度(约1.6x10^-33厘米)时,时间就失去了意义。因为模糊的存在,才显现了我们看到的因果。亦或说我们的速度太慢了,达到光速后,时间就不复存在。时间也具备量子特性。

不是因为我们特殊而存在,而是因为特殊才创造了我们,有时果可能才是因。这不禁让我想起黑客帝国的救世主Neo见到Architect时问的第一个问题:

“Why am I here?”

Architect答:

"Your life is the sum of a remainder of an unbalanced equation inherent to the programming of the Matrix. You are the eventuality of an anomaly, which despite my sincerest efforts I've been unable to eliminate from what is otherwise a harmony of mathematical precision.”。

简单来说,Neo是矩阵系统的异常合集造就的,Neo是One的变体,是一种特殊态。特殊是相对的,没有比较就没有特殊,任何态都可以定义为特殊,而我们也是在某种特殊态中被创造出来。

大脑是部时间机器,保留了时间的痕迹,因为它才让我们感觉到时间之矢。世界存在于我们的视角之中,不存在跳出世界的客观视角,只是视角变换而已。客观只会存在于局部。世界变化不断,又与我何干呢?大部分是镜花水月。缘可争取,无法强求。

书中最后一个章节基本上是哲学讨论,人的自我意识并非自己形成的,我们从同类那里得到反馈,形成自我的观念,我们正是这些观念的映象。记忆把分散在时间中的过程联结在一起,而这些过程组成了我们。在这个意义上,我们存在于时间中。由于这个原因,今天的我与昨天的我是同一个人。理解我们自己也就是反思时间,而为了理解时间,我们也要反思自己。

佛陀说:生是苦,老是苦,病是苦,死是苦,怨憎会是苦,爱别离是苦,求不得是苦。人是时间生物,或许人生只是一场量子涨落,能留下的只是熵增的痕迹。

一花一世界,一叶一菩提,有果未必因,大道了无痕。

——————以下是书摘——————

第一部分:时间的崩塌

1、统一性的消失

  • 不存在真实的时间,你的时间和他的时间并非是一个时间。
  • 在不同地方,它有着不同的节奏,在此处与在彼处的流逝并不相同。物体会使周围的时间变慢。
  • 广义相对论得出, 不存在单一的时间,而是有无数的时间。

2、方向的消失

  • 过去与未来、原因与结果,其实并没有差别。
  • 熵,热量的单向不可逆过程,希腊语中意为“转化”。
  • 热力学第二定律,其核心在于热量只能从高温物体传到低温物体,而非反过来。热量是分子的微观振动。
  • 热振动就像在不停地洗一副牌:如果牌是按顺序排列的,洗牌的过程就会把顺序打乱。
  • 借助万物自发的无序化,热量就从高温物体传向了低温物体,而非反之。熵的增加只不过是普遍又常见的无序的自然增长。玻尔兹曼领悟到的内容。
  • 在时间的两个方向之中,为什么我们称之为过去的这个,其事物更有序?宇宙这副牌,为什么在过去是更有序的?为什么在过去,熵要更低一些?
  • 最初有序的排列就是“低熵”的排列。
  • 只有当我们以一种模糊与近似的方式看待宇宙的时候,“特殊性”的概念才会出现。
  • 我们经常说原因先于结果,然而在事物的基本层面,“原因”与“结果”之间没有区别。
  • 过去与未来的区别只适用于我们对世界模糊的观察。
  • 熵仅仅是我们模糊的视野无法识别的微观状态的数量。

3、当下的终结

  • 对于一块静止的手表和一块运动的手表,时间会是不同的。爱因斯坦从麦克斯韦方程组中解读出了这一点,并且十分认真地对待它。
  • “现在”即空无。
  • “同一时刻”,正确答案应该是:这个问题没有意义,因为在宇宙中并不存在可以定义的“相同时刻”。
  • “时间先后次序”的关系是由圆锥组成的偏序。
  • 狭义相对论发现,宇宙的时间结构就像父子关系建立的圆锥那样:它在宇宙事件之间建立起的次序是局部的,而非整体的。延展的现在就是一系列既非过去亦非未来的事件,它确实存在,正如有些人既不是我们的祖先也不是我们的子孙。
  • 一个共同的当下并不存在:时空的时间结构并不是像这样的分层,而是完全由光锥组成的结构。

4、独立性的消失

  • 以我们的个人体验来看,时间是有弹性的。
  • 亚里士多德:时间就是对变化的量度。事物在不停变化,我们以“时间”为度量——对这种变化的计量。
  • 牛顿:即使没有变化,也有时间在流逝。
  • 爱因斯坦:时空就是引力场,反之亦然。引力场可以像平面一样平滑,这是牛顿描述的版本。如果用尺子测量,会发现我们在学校学过的欧式几何是适用的。但场也可以波动起伏,我们所说的引力波就是如此,它会收缩与膨胀。

5、时间量子

  • 分立性、不确定性、与物理量的关联性。
  • 分立性:时钟测量的时间是“量子化”的,意思是说,它只能取特定值,不能取其他值。时间是分立的,而非连续的。也就是说,存在一个最小的时间段。在此之下,时间的概念不复存在,即便在最基本的含义上。
  • 不确定性:一个事件可以同时在另一事件之前与之后。
  • 关联性:“涨落”并不意味着现象永远不能确定下来,而是说它只能在特定时刻、以某种不可预知的方式确定下来。当量子与其他事物相互作用时,不确定性就消失了。

第二部分:没有时间的世界

6、世界由事件而非物体构成

  • 思考世界的最佳方式应该基于变化,而非不变。不是存在,而是生成。
  • 世界并不是物体的集合,而是事件的集合。
  • 把世界看作事件网络才行得通。简单的事件,以及可以被分解为简单事件组合的复杂事件。
  • 我们都试图从基本物质的角度来理解世界,物理学也许比任何其他学科都更需要追寻这种基本物质。但我们研究得越多,越难以从“存在的东西”这个角度去理解世界,而从事件之间的关系来理解世界却容易得多。
  • 通过形成过程而非存在,我们理解世界。“物体”本身仅仅是暂时没有变化的事件。
  • 如果我们所说的“时间”只表示“发生”,那么一切皆时间。时间之内别无他物。

7、语法的力不从心

  • 现在主义并没有很好地描述我们的世界:客观且统一的当下是不存在的。对我而言的真实就不同于对你而言的真实,虽然我们都尽可能客观地使用着“真实”这个词。因此,世界不应被看作一连串的当下。
  • 永恒主义认为,上图中描绘的全部时空,都以整体的形式一同存在,没有任何变化,没有什么真的在流逝。
  • 我们无法把宇宙按照单一的时间顺序排列,但这并不意味着没有事物在变化,这表明变化并不按照单一序列次第发生:世界的时间结构比每个时刻按照简单的、单一的线性排列要复杂。但这并不意味着它不存在或只是个幻象。
  • 什么是真实的”?“什么存在”?
  • 我们发现客观、统一的当下并不存在,在试图搞清其中的含义时,却发现我们的语法是围绕着过去、现在与未来的绝对划分构建的,而这只在我们周围才适用,这让我们十分困惑。
  • 世界上存在着变化,事件之间关联的时间结构只是幻象。现象并不是普遍的,只是局部且复杂的,无法用一个放之四海皆准的秩序来描述。

8、以关联为动力

  • 世界的基本理论必须这样来建构,并不需要时间变量,只需要告诉我们事物相对于彼此变化的方式,也就是告诉我们这些变量之间的关系是怎样的。
  • 不含时间的世界并不复杂,它是个相互关联的事件网络,其中的变量遵循概率法则。
  • 场以分立的形式显现:基本粒子、光子、引力子或其他“空间量子”。这些基本粒子并不存在于空间之内,而是形成空间。世界的空间由它们之间相互作用的网络组成。它们并不居于时间之中,而是彼此间不断相互作用,只有在相互作用时才存在。这种相互作用就是世界的现象,是时间最微小的基本形式,既没有方向,也非线性。它也不具有爱因斯坦研究的平滑弯曲的几何结构。它是一种相互作用,量子在相互作用中与发生相互作用的事物相关联,并且显现自身。
  • 世界就像是相互关联的点的集合。谈论“从外面看到”的世界是没有意义的,因为没有什么在世界“外面”。

第三部分:时间的来源

9、时间即无知

  • 通常解释时间与平衡态之间关联的方式,是把时间看作绝对的、客观的;能量会掌管系统的时间演化;平衡态系统是所有相同能量状态的混合。时间→能量→宏观态。
  • 观察到一个宏观态,也就是世界的模糊形象,那可以被解释为具有一定能量的混合,这又会产生时间。宏观态→能量→时间。
  • 时间被确定下来,仅仅是“模糊”的结果。
  • 确定一个物理量并不是独立的行为,它需要相互作用。这些相互作用的效果取决于顺序,这一顺序正是时间顺序的最初形式。
  • 这个热学时间及量子时间,就是在真实宇宙中我们称为“时间”的变量,而在基本层面这个时间变量并不存在。
  • 模糊的起源——量子不确定性,以及物理系统由无数分子组成这一事实,都是时间的核心。时间与模糊密切相关。模糊是由于我们不知道世界的微观细节。物理学的时间,从根本上讲,是我们对世界无知的体现。

10、视角(作者推测)

  • 过去与未来之间的全部差别也许单纯是因为熵在过去要低一些。
  • 我们才是旋转的那个!
  • 熵不是个任意或主观的量。它是个相对量,就像速度。
  • 也许并不是宇宙在过去处于一种特殊状态,也许其实是我们,以及我们与世界的相互作用,才是特殊的。是我们决定了特殊的宏观描述。宇宙最初的低熵,以及时间之矢,也许更多源于我们,而非宇宙本身。
  • 时间的流动不是宇宙的特征,就像天空的旋转,来自我们在自己角落中的独特视角。
  • 如果忽视了进行观察的视角,我们也会失去一些东西。我们对世界的经验来自世界内部。我们给世界投去的每一瞥都来自一个特殊的视角。
  • 在基本层面,世界是事件的集合,不按时间顺序排列。这些事件会在先验的物理量之间显示出同一层次的关系。世界的每个部分与全部变量的一小部分相互作用,数值决定了“世界相对于那个特殊子系统的状态”。

11、特殊之处会出现什么

  • 真相是有很多能量,而且没有被消耗掉。世界运转需要的不是能量,而是低熵。
  • 整部宇宙史都由这种断断续续的或急剧的熵增组成,既不迅速也不均匀,因为一切会一直陷在低熵的凹地里(木头、氢云),直到某样东西把大门打开,让熵增过程出现。熵增本身也会打开新的大门,由此熵继续增加。
  • 生命仅仅是分解与消耗食物低熵的过程,它的结构本身就是无序的,和宇宙其余部分一样。
  • 存在的是过去的痕迹,而非未来的痕迹,仅仅是因为过去的熵较低。不可能有其他原因,因为过去与未来之间区别的唯一来源就是过去的低熵。
  • 大脑的庞大机制已经经过设计,以便对可能的未来做出计算。这就是我们所说的“决定”。因为大脑可以根据现在详细描述出未来可能的样子(除了细节稍有出入),这样我们就会自然倾向于按照“原因”先于“结果”的逻辑来思考:过去的事件是未来事件的原因,如果没有这个原因,未来的事件就不会以完全相同的样子出现在我们的世界里。

12、玛德琳蛋糕的香味

  • 世界上每个人都有自己的一种视角。通过对我们生存必不可少的广泛关联,世界在每个人那里得到映现。我们每个人都是复杂的过程,反映着世界,并以严格整合的方式,对我们接收到的信息进行加工和阐述。
  • 在笛卡儿的重构中,我思故我在不是第一步,而是第二步;第一步是我怀疑故我在。我们从同类那里得到反馈,形成自我的观念,我们正是这些观念的映象。
  • 记忆。这就是这些细致的讨论会出现在一本关于时间的书中的原因。我们并不是连续时刻中的独立过程的集合。我们存在的每个时刻都通过记忆,由奇怪的三条线索与我们最近的和最久远的过去相连。我们的现在充斥着过去的痕迹。我们是自己的历史。我是我自己讲述的故事。
  • 记忆把分散在时间中的过程联结在一起,而这些过程组成了我们。在这个意义上,我们存在于时间中。由于这个原因,今天的我与昨天的我是同一个人。理解我们自己也就是反思时间,而为了理解时间,我们也要反思自己。
  • 很大程度上,大脑是一部收集过往记忆的机器,以便使用它们不断预测未来。预测未来的可能性显著提升了我们生存的概率,因此,进化选择了允许它发生的神经结构,我们就是这一选择的结果。过去与未来事件之间的存在对我们的精神结构十分重要。于我们而言,这就是时间的“流动”。
  • 当我测量时间的时候,我是在测量当下存在于头脑中的东西。要么这就是时间,要么我就对它一无所知。
  • 一首赞美诗,一首歌曲,在某种程度上以统一的形式存在于我们的头脑里,由某样东西把它们结合在一起——由那个我们当作时间的东西。因此这就是时间:只处于当下,以记忆与预期存在于我们的头脑中。

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Jerry

大道至简,行者无疆。

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