1700877929
时间重生：从物理学危机到宇宙的未来 [:1700876959]
1700877930
处处都存在蝴蝶效应
1700877931
1700877932
我们讲过，盒中物理学仅适用于亚宇宙系统，而决定论与这个要求严重不符。生活中貌似偶然的事件是否早已由过去完全决定？在回答这一问题之前，我们必须知道理论的适用范围是否能不断扩大，直至涵盖整个宇宙。
1700877933
1700877934
在我们生活的这个世界，地球一端的一只蝴蝶拍打一下翅膀，便可能影响地球另一端几个月后的天气。往大了说，初始条件的微小改动可以被指数级地放大，直至产生巨大影响。就是因为这样，盒中物理学不可避免地会使用近似。这些近似包括选择位形空间中的可观测量，以及忽略一切来自盒外系统的影响。
1700877935
1700877936
让我们想象一下如何具体操作以上步骤，这并不复杂。对于一个子系统来说，如果你知道构成系统的基本粒子所遵循的所有物理定律，那么你便可以构造一套变量，用以描述这个子系统。变量间的相互作用，便是系统粒子的相互作用。目前为止，粒子物理学标准模型是我们对自然规律及基本粒子最为精准的描述，它属于牛顿范式。标准模型涵盖了自然界中除引力以外的一切，它被实验反复测试，屹立不倒。
1700877937
1700877938
那么，我们是否可以将标准模型应用到宇宙的其余部分？想象一下，接物游戏隶属于一个更大的子系统。这个更大的系统不仅包括丹尼的球，还包括那个下午在高地公园的所有人和事物。这个系统可以继续扩大，它可以囊括多伦多的所有人和事物，可以囊括地球内、地球上和地球外数百万公里内的所有事物。这一不断扩张的过程并不影响我们使用相同的物理定律，也就是说，我们可以使用牛顿范式。从小型子系统到大型子系统，我们运用的近似不断在完善，决定论的观点不断在增强。
1700877939
1700877940
不过，我们还是遗漏了一些东西。太阳系的边缘，某片“暗云”可能在一年内包裹太阳，某颗彗星可能在10年后擦过地球……这些事件都会影响丹尼和珍妮特未来的婚礼。一些更为细小或更为间接的扰动也会影响两人，例如，报纸上一则有关彗星接近木星的新闻吸引了丹尼的注意力，为此他到公园的时间比原计划迟了一分钟，从而永远错过了珍妮特，而他们本应存在的后人再也不可能存在。在我们的世界中，处处存在此类蝴蝶效应。
1700877941
1700877942
1700877943
1700877944
1700877945
我们可以将一个决定论类比于一台计算机。位形空间就像用以存放数据的内存，物理定律就像计算机程序。我们输入信息，运行程序，然后得出结果。一旦给定输入和程序，输出便被完全确定。之后每次我们输入同样的信息时，程序一定能输出同样的信息。但是，这里有一点要注意：给定输入和程序，存在两套完全不同的方法决定输出。
1700877946
1700877947
如果我们认为计算机是一台物理装置，那么它会依照物理定律运行。依此观点，输入通过因果链决定输出。输出是物理定律作用于初始条件的结果。整个过程是一个受制于物理定律的因果过程，在时间中进行。因而时间对于整个过程来说不可或缺。
1700877948
1700877949
我们还有另一套方法决定输出到底是什么：输入和程序可以通过逻辑链决定输出。这里，输入、输出和程序都是数学对象。或许你可以证明通过对输入和程序进行一系列排列组合，它们的数学结果便是输出。由于不牵涉任何物理过程，逻辑决定不需要时间。任何关于输入和程序决定输出的证明都是一个关于数学对象的事实，包含这些事实的数学世界独立于时间。
1700877950
1700877951
这正是牛顿范式移除时间的方法。由于通过一系列逻辑推理，我们完全可以得知输出的结果，所以我们根本不需要运行计算机。具体的逻辑推理步骤并不重要，我们只需知道，计算机在这里是一种推理工具。它可以在因果过程中，利用物理定律进行逻辑推理建模。但是，无穷多个不尽相同的计算机程序或架构完全可能会输出同样的结果。这里我想强调的是，输出所包含的信息无不来自输入。输出信息不过是依据某种逻辑规则，对输入信息进行重新排列组合。也就是说，所谓新鲜和意外，从来就不可能被创造，因而也不能存在。同样，我们也不需要一些随时间而演化的逻辑关系来再生这些不随时间改变的逻辑推理。任何牛顿范式内的系统都包含以上特征。对于任何这样的系统来说，系统的初态加上物理定律，便足以得出系统的末态。一个系统的位形空间包含着初末态在内的所有位形，它们都是数学对象。一旦我们用数学公式表达物理定律，那么位形随时间的演化便是一个数学事实。我们可以通过数学推理得到末态，更确切地说，这些推理可以被证明是数学定理。由此看来，牛顿范式完成了以下任务：它将随时间进行的因果过程置换为不随时间进行的逻辑过程。除此以外，牛顿范式还有一种去除时间的方法。
1700877952
1700877953
时间重生：从物理学危机到宇宙的未来 [:1700876960]
1700877954
“倒放”物理定律
1700877955
1700877956
显示新鲜和意外是否存在的直观方法之一，是“倒放”物理定律。如果你认为物理定律如同一台计算机一般将初态转换到末态，那么你可以想象这些定律存在一个倒放开关，按一下便可以回溯时间。我们所需要做的便是启动倒放，同时输入系统末态。系统倒放的时间与之前演化的时间相同，唯一不同的是，物理定律的倒放可以将系统由末态变回初态。那些可以将每一个末态变回初态的物理定律，我们称它们具有时间可逆性（time-reversible）。
1700877957
1700877958
让我们看一个简单的例子：地球自转的同时绕太阳公转。现在让我们反转时间的方向。这会导致地球自转及公转方向的反转，不过牛顿定律允许这样的绕行轨道。如果你将地球运转的短片给外星人看，他们会说（如果他们有物理定律的概念），牛顿运动定律决定着地球运行；当你将同样的短片倒放着给外星人看时，他们也会这么说。他们会认为，两种轨道都遵循牛顿定律。而当你执意让外星人分出哪个是原始短片、哪个是倒放，他们会莫衷一是。如果你放的是整个太阳系运动的短片，同样的事情还会发生，尽管这一次你包括了八大行星和其他许多天体。
1700877959
1700877960
当然，我们看过许多倒放的短片，其中大多数显得搞笑又奇怪。其中的原因，常常并非由于物理定律不允许这些倒放中的运动，而是因为这些倒放的运动发生的可能性太低。以上说法对于包括大量个体（比如原子）的复杂系统是成立的。这里，我们会直面热力学，其中的定律随时间不可逆，我们将在第16章和第17章对它们进行详细讨论。[1]在此，我们仅仅考虑两个特别简单的例子。
1700877961
1700877962
许多物理定律都具有时间可逆性，比如牛顿力学、广义相对论、量子力学。粒子物理标准模型几乎是时间可逆的，但并非完全时间可逆（弱相互作用随时间不可逆，但这一细节并不是很重要）。如果世界在某个时段按照标准模型演化，那么，当我们将时间反演（time reversal）与另两个附加变化一并进行时，我们将得到被标准模型允许的另一段历史。这两个附加变化是，左右互换以及电荷共轭。整套操作被称为CPT变换（C代表电荷共轭，P代表宇称，T代表时间反演），你可以将它视为另一种倒放短片的方法。任何与狭义相对论以及量子力学自洽的物理理论，都会在CPT变换下保持不变。
1700877963
1700877964
这些可逆性提供了另一种时间非真的论据。如果自然规律的演化方向可以随意改变，那么，从原则上说，就没有过去与未来的区别。我们感知中的过去与未来大不相同，但依此观点，这不可能是世界的基本性质。未来和过去的不同要么是一种假象，要么起源于某些非常特殊的初始条件。
1700877965
1700877966
q得力于对熵本质的细致研究，路德维希·玻尔兹曼（Ludwig Boltzmann）技压群雄，成功地将原子世界与我们日常生活的宏观世界相连。他曾这样说过：“对于宇宙来说，时间的两个方向是无法区分的，就如同空间其实没有上下之别一样。”[2]如果过去与未来真的只是对同一堆内容的排列组合，如果两者没有实质性区别，那么当下的真实性以及时间流逝的真实性便是无稽之谈。人们往往将物理定律的时间可逆性视作全面驱逐时间道路上的又一步。
1700877967
1700877968
我们再走几步，便可将时间从物理学中彻底驱逐。我们的下一步源自爱因斯坦的相对论，它将为时间的非真实性提供最为强大的论据。
1700877969
1700877970
1700877971
1700877972
1700877973
时间重生：从物理学危机到宇宙的未来 [:1700876961]
1700877974
时间重生：从物理学危机到宇宙的未来
1700877975
1700877976
1700877977
1700877978