宇宙简史简介(宇宙的起源现状与未来)

宇宙简史(宇宙起源现状与未来)
2025-03-29 15:14:02
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回答1:

时间之箭

本篇文章的观点主要来自霍金先生的打自己脸的第四本书《宇宙简史》。关于宇宙,其实有很多观点是有很多争议的,其实很难说的请谁对谁错,当然也会有很多很难懂的部分,不过还是那句话:开心就好。

顺便提一句,不要忘了关注小编奥

01

C P T

我们从小便接触时间的概念,而且每天都在使用它,然而我们却很难确切的说出什么是时间,它的本质是什么。而,我们其实也是很清楚,过去和未来的差距异常的大,例如:我们只能记住过去,却不能记住未来。换句话说,”为什么我们的时间会一直向前呢?“

如果你学过高中的物理,你一定经常做一些题,我们知道未来的状态,然后可以清楚的计算出过去的状态,当然我们也可以通过知道过去的状态来计算未来的状态,换言之,我们的物理学公式对过去和未来是没有任何差别的。

说的更确切些,物理学定律不会因称之为C、P、T的联合动作而发生改变(C表示把粒子装换为反粒子,P的意思是取镜像,也就是左右彼此互换,T指的是全部粒子的运动方向反过来,也就是做反向运动)。

在所有的通常情况中,支配物质的物理学定律不会因动作C和P而自行改变。换言之,要是一颗行星上的居民是我们的镜像,且由反物质组成,那那里的生命应当与我们完全一样。要是你很幸运的遇上了来自另一个星球上的人,千万不要和他握手。他也许是由反物质构成的,一旦握手,你们俩就会在瞬间消失,不止带不走一片云彩,连渣渣都带不走奥。

好吧,我们来算一下你们俩瞬间消失,到底释放了多少能量。假设你们俩都是60kg,根据E=mc2,光速是3*108m/s,好吧,我们来算一下,你一共拥有5.4*1014J的能量,然后你们俩瞬间消失,你们俩的能量将瞬间释放,总共释放出10.8*1014J的能量,还是红牛懂相对论啊:你的能量超乎你想象!看来,真是这样的啊。当年投到广岛的原子弹释放的能量大概8*107J的能量,这和你们俩随便的握握手释放的能量相比,也就算个零头吧。

好吧,言归正传,如果物理学定律不会因C和P的联合动作而改变,也不会因CPT联合动作而改变,那么只有动作T时,也必然不会改变,然而日常生活中却不是这样的啊。

设想一个杯子从桌子上掉落,你何时见过一个杯子自己从地上飞回桌子上的?若果是这样,陶瓷厂早就关门了。那,为什么物理学定律不会因动作T而发生改变,而现实世界却完全不是这样的呢?

2

时间箭头

至于为什么看不到破碎的杯子会跳回到桌子上,我们通常给出的解释是:热力学第二定律不允许这样。该定律告诉我们,无序程度,或者说熵,总是随时间增大的。

熵随时间增大,是所谓时间箭头的一个例子,它将过去和未来区分开来。目前来看,至少存在三类不同的时间箭头

第一类:热力学时间箭头——沿着这一时间方向,无序程度或者说熵总是在增加的

第二类:心理学时间箭头——这个方向使我们感觉到时间在不断流逝

第三类:宇宙学时间箭头——沿着这一时间,宇宙是在膨胀,而不是在收缩

3

热力学时间箭头

好吧,在开始bb之前,我们先来回顾一下热力学的三大牛逼定律:

热力学第一定律:能量守恒定律,即一个孤立系统的总能量是保持不变的,不管在这个系统中的那些具体的能量之间是怎么愉快的玩耍的

热力学第二定律:说的简单一点,孤立系统的熵永不减小(熵,通俗的说法就是无序程度啦)

热力学第三定律:绝对零度不可达到

好啦,进入正题,热力学第二定律是基于这样一个事实:无序状态的数目要比有序状态多的多。现在,我们来考虑一盒拼图,小伙伴们小时候一定玩过积木吧,其实有且仅有一种方式可以把拼图拼成一幅图案,但是要是把这些拼图随便摆摆而拼不成一幅图案,简直可以有无数种方式。

在我们的世界中,孤立系统的熵总是随时间增大的,好吧,现在我们假设上帝决定宇宙应该以一种高度有序的状态结束一生,那么在宇宙的早期可能处于某种无序状态,好吧,无序程度必须要要随时间减小了,在这样一个宇宙中,你一定可以看到碎了的杯子回到了桌子上,这个宇宙的人类便会拥有和我们完全反向的心理学箭头,换言之,他们会记着未来的事情,而忘记过去的事情,当然这个过去和未来都是相对于我们这个世界的(碎杯子是我们这个宇宙的未来,在桌子上的杯子是我们这个宇宙的过去,而对于他们那个世界,仍然是碎杯子先发生,然后才回到了桌子上,所以他们感受的时间和我们正好是反着的)

看完了上边这一段,不要晕奥,我们继续哈

4

心理学时间

谈论人的记忆力不是一件容易的事情,因为我们还不大了解大脑的运行细节,不过,我们确实掌握了计算机的原理。

在计算机的众多原件当中,有一件非常重要的东西,叫做二极管,它是由半导体做成的,当半导体两端的电压达到某个临界值时,半导体的电阻就变为0,电流就可以通过,这个表示“1”,当两端的电压达不到临界值时,半导体的电阻就是无穷大,电流完全无法通过,这个表示“0”,所以,虽然现在我们的电脑很强大,但是从原理上来说,和一开的电脑并没有太大差别,都只能进行二进制数的运算。

好吧,又跑题了,言归正传,在某条记录录入存储器之前,存储器处于无序状态,当存储器与系统互动产生记忆状态后,便只能明确的取“0”或者“1”,由此,存储器由无序状态转变为了有序状态,然而,为了把信息存储到存储器,必须消耗一部分能量,这部分能量以热量的形式散发了出去,而这部分热量使宇宙中熵增加的程度,完全大于存储器有序程度的增加,因此整个宇宙中熵是增加的,在这个过程中计算机记住了过去,这个方向与熵增加的方向是一致的。

好吧,你感觉到有些晕了吗?不要紧,一句话概括:我们人类一直是沿着热力学时间箭头的方向在度量时间,因此,我们的心理学时间箭头永远和热力学时间箭头方向一致。当然,万一热力学时间箭头反向了,我们的心理学时间箭头也会跟着一起指向相反的方向。

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宇宙学时间箭头

在前边的文章里,已经多次提起过,宇宙起源一个叫做奇点的东东,在诞生之初,宇宙在一段时间内以指数式膨胀,宇宙的尺度在短时间内急速扩张。

因此,在宇宙诞生之初,宇宙一定处于一种非常平滑的状态,这种状态的结果是必有明确的热力学时间箭头和宇宙学时间箭头,而我们所观测到的宇宙也是这个样子的奥。

经典广义相对论认为,宇宙必须要有一个奇点,而奇点的时空曲率为0,事实上,这意味着意味着广义相对论预言了自己的垮台,这时,量子引力效应便会成为主要因素。人们必须依靠量子引力论来理解宇宙究竟是怎么诞生的。

在量子引力论中,考虑到宇宙的全部历史,其中每一个历史都与两个数字有关,一个代表了波的幅度,一个代表了波的相位,即波一开始是处于什么状态。为了给出宇宙具有某一特性的概率,应当把表征这些历史的波叠加起来。

有一点必须说清楚,在过去的时空边界上,宇宙可能有的那些历史会有怎么的行为,我们并不知道,也不可能知道过去的宇宙边界条件。但是如果宇宙的边界条件就是它没有任何边界,这个问题也就不存在了。换言之,所有可能的历史在历史上都是有限的,但它们是没有边界或者奇点。如果不明白什么是有限无界,想想地球就好了,地球表面就是有限的,但是却没有边界的,你不能说地球上的哪个地方就是地球的边界哈。

在无边界条件的假设下,时间的起点应当是一个既规则又平滑的点。这意味着,宇宙应当以一种非常平滑而有序的状态开始它的膨胀,然后随着时间的推移,它会呈现出团结构的无序状态。因此,在我们的宇宙中,宇宙学时间箭头和热力学时间箭头是同向的。

6

时间会反转吗

我们都知道,我们的宇宙现在正在一个劲的膨胀,但是,如果宇宙一旦停止膨胀而开始收缩,那么又会出现什么情况呢?热力学时间箭头会反转吗?

以前我们曾经无数次想象,如果有一天时间反向了,我们的生活会完全按照已经发生过的事情反转回去,这样的话,热力学时间箭头就会反向,从而,我们的心理学时间箭头也会反向。

同样的,如果宇宙有一天开始收缩,又如果这种收缩正好是把膨胀过程反了过来,那么宇宙学时间箭头连同热力学时间箭头、心理学时间箭头一同反向,然而真的会如此吗?

其实并不会啦。无边界条件告诉我们,在收缩阶段无序程度仍会继续增加,也就是说宇宙即使开始收缩,我们的热力学和心理学时间箭头都不会反向。

好吧,最后再提一下:关于宇宙的一切理论,其实都不是那么的坚不可摧的,这里边有许多的假设,有许多的猜想,还有许多以现在的技术完全无法证明的。关于宇宙,其实这些理论完全就是个大杂烩,谁也推翻不了谁,谁也不服谁,也许最后统一这些理论的就是你哦。

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