1700940878
物理世界的本质 [:1700940196]
1700940879
物理世界的本质 时间之矢
1700940880
1700940881
关于时间的重大事件便是时间的推移，但这一点也是物理学家时不时就有意忽视的。在前一章提到的四维世界里，处于过去和未来的事件就像在地图上一样展示于我们面前，各个事件在四维世界里处于各自恰当的空间和时间关系，但这并未指明，那些事件经历着“发生的程序”所描述的过程，因而它们的行为与反行为的问题就不会产生。我们在地图上看见从过去到未来和从未来到过去的路径，但并没有指示它是单行道的路标，必须向闵可夫斯基的世界所包括的几何概念里补充一些东西，才能使它成为我们所知的世界的完整的图景。我们可能要求助意识以充满全部世界——把存在转变为发生，把实在转变成生成，但首先我们注意到，这种图景所表示的，完全足以代表那些自然的基本法则，我们已经知道这些基本法则对时间的方向没有差异。由于相对论的四维世界图景似乎忽视了时间的方向特性，因而有时招致了反对。这种反对基本上是没有逻辑的，因为相对论在这一点上比它之前的那些理论没有什么优劣。古典物理学家毫无怜惜地使用着一套并不承认时间方向性的法则，新的图景把这点解析得如此透彻，这使他们很震惊。
1700940882
1700940883
在四维地图上研究组织行为就可能发现时间的方向，而无须借助任何神秘的意识之力。让我们任意画一个箭头，如果我们跟着箭头走在世界的状态中发现越来越多的随机因素，那么箭头是指向未来的，如果随机因素减少，则箭头就指向过去，这便是物理学上所知道的唯一的区别。如果我们的基本论点得以承认，即随机因素的引入是唯一不能撤销的事情，那么这种区分马上就明白了。
1700940884
1700940885
为了表示在空间中没有类似性质的时间的单向性，我将使用“时间之矢”这个术语。从哲学观点看来，这是一个奇异有趣的性质，我们必须注意以下方面：
1700940886
1700940887
（1）它能够由意识生动地认识。
1700940888
1700940889
（2）它被我们的推理同等坚持，推理告诉我们，箭矢方向的改变使得客观世界没有意义。
1700940890
1700940891
（3）除了针对许多个体的组织行为的研究外，它在物理科学上没出现过，在此，箭头表示随机因素逐步增加的方向。
1700940892
1700940893
现在我们来详细考察随机因素如何把不可逆性带进世界。当石头坠落时，它获得动能，动能的大小正好等于把石头提举到它原来的高度所需要的能量，通过适当的布置，动能能够执行这一工作。例如，如果将石头系在一根绳上，它就能够像钟摆一样交替上下，但如果石头碰到一个障碍物，它的动能就转变成热能。能量大小依然相等，但即便假使我们能够把它搜集起来并输送到一部机器中，我们也将不能用它把石头提升回去了，发生了什么事使得这个能量不再有效了？
1700940894
1700940895
在显微镜下来观看坠落的石头，我们能看到无数分子以相等的与平行的速度向下运动——如同一队士兵进行的有组织的运动。我们必须注意两件事情，能量与能量的组织，要回复原来的高度，石头必须在这两个方面都达到。
1700940896
1700940897
当石头落在弹性足够的表面上时，其运动可以反向而不破坏组织行为，每一个分子都往后转，全体分子秩序井然地撤回到出发点——
1700940898
1700940899
威名远播的约克公爵， 带着两万人马。 他指挥他们上至山巅， 又指挥他们下到山谷。
1700940900
1700940901
1700940902
1700940903
但历史不是那样演进的，通常在碰撞发生时，分子或多或少会遭遇随机碰撞而在各个方向反弹，它们不再能共同沿任何一个方向一致前进了，失掉了它们的组织行为。此后，它们继续互相碰撞，不断改变运动方向，但是它们再也找不到共同的目标了。持续的“洗牌”不可能带来组织行为，因此，尽管能量大小仍然足够（假定不存在不可避免的泄漏），但它不能把石头提升回去了。要把石头复位，我们必须提供额外的能量以达到所需要的组织行为。
1700940904
1700940905
很不幸，在这一点上与洗牌完全不同。（除了魔术师）没有人能够把两堆错乱的牌投进帽子，然后取出一沓处于原来顺序的牌和一沓完全弄混的牌。但是我们能够也确实把部分混乱的能量送入蒸汽机，再从中取出一部分大量物体运动所产生的充分组织的能量和一部分处于更混乱状态的热能。能量的组织是可变的，混乱或随机性亦然，混乱不会永久地与其首先出现的特定的能量储存关联，而且可以传播到其他地方。在此，我们不考察为何在能量混合与物体混合之间有区别这个问题，但是在应用类推来计算这个差别时必须小心。关于热能，温度是组织度的度量，温度越低，混乱程度就越低[1]。
1700940906
1700940907
1700940908
1700940909
1700940910
物理世界的本质 [:1700940197]
1700940911
物理世界的本质 巧合
1700940912
1700940913
机缘巧合的话，会出现这样的事情，即偶然性会通过显示一些看起来极其不像偶然性的状况欺骗我们，特别是偶然性可能模仿组织性。另一方面，我们将组织性视为偶然性的反面，或如我们所称呼它的“随机性”，但这对我们前面结论的威胁不太严重——数量意味着安全。
1700940914
1700940915
假定你有一个被隔板分成两半的容器，一半含有空气；另一半是真空。你移走隔板，此刻，所有的空气分子均处于容器的一半体积里，几分之一秒后，空气便扩散到全部容器并随后保持这一状态。分子将不能回到容器的一半体积了，分子扩散无法撤销——除非在这个问题里引入其他物质作为混乱的替罪羊并随机因素转到其他地方。这件事能够用来作为区别过去时间和未来时间的标准，如果你们首先观察到分子在容器中扩散（如您所见的），一瞬间后所有分子却完全在容器的一半体积里——那么你们的意识发生倒转了，你们最好去看看医生。
1700940916
1700940917
1700940918
现在每个分子都在容器里徘徊，没有一个部分比其他部分优先。平均而言，分子在两个部分的时间各占一半。存在这样一个弱的可能性，即某一瞬间所有的分子都可能处在容器的某一半里。如果n是分子的数目（大约有千万亿个），那你们就容易计算发生此事的机会是。我们之所以忽略这个机会，可以从经典的说明看出。如果让我的指头漫无目的地在打字机的按键上面移动，那么我的长篇大论就可能变成一段明白易懂的话语。如果一队猿猴在许多打字机上乱按一气，它们也有可能写出大英博物馆里所有的书籍，它们这样做的机会肯定地比分子恢复到容器一半的机会要更多。
1700940919
1700940920
当数目变大时，偶然性就是确定性最好的保证。所幸，在分子和总体能量及辐射的研究中，我们不得不处理非常大的数目而获得确定性，而这个确定性常常不能满足谄媚善变的女神的期待。
1700940921
1700940922
在某种意义上，分子回到一半容器的机会，是极其微小的，根本不值得考虑。但在科学上，我们必须重视它，因为它是对我们偶然移除隔板所造成的不可逆的后果的度量，即使我们有充足的理由要求把气体来填满容器，也不必抛弃组织性。如前所述，它是可以变通的，并且可能传递到用得着它的其他地方。[2]当气体释放并开始在容器内扩散时，比如说自左向右扩散，不存在随机因素的立即增加。为了自左向右扩散，分子自左向右的速度必然要占优势，即处于部分有组织运动，于是位置的组织性被运动的组织性所代替。片刻之后，分子开始撞击容器更远那个壁面，随机因素便开始增加。在这种状态被破坏之前，自左向右的分子速度的组织性在数值上精确地与空间组织性的减少相当。在这一点上，我们看到，对抗偶发的自左向右的速度优势的机会，与对抗一半容器里偶发的分离的机会是相同的。
1700940923
1700940924
在此所说的机会的倒数是一个天文数字——若表示成普通十进制数字，是一个能把全世界所有书都写满几遍的数字。我们对把这个数字作为实际的偶然性没有兴趣，而是对它是个有限的数感兴趣，它把“组织性”从模糊的描述性词语提高到精确科学能够度量的一个数量。我们碰到过许多种组织，列队整齐前进并非唯一的组织化运动，舞台合唱团的有组织演出与声波本质上相似。现在能够对所有形式的组织采用共同的度量了，任何组织性的丧失由对抗偶发事件恢复的机会来度量。把机会看成偶发事件是荒唐的，准确地说它是一种度量。
1700940925
1700940926
对混乱度的实际度量被称为熵，宇宙之中，熵只会增加而绝不会减少。熵的度量与前段最后一句话所说的机会度量是相同的，仅需要把不能控制的巨大数目的物理（通过一个简单公式）转变为更便捷的计量标度，熵持续增加。我们能够通过把世界的各部分隔离，并在问题中设定极为理想化的条件，来捕捉熵的增加，但我们不能使熵减少，那将涉及比违反一条普通自然法则还要糟糕的事情，即不可能的巧合。我想，熵增原理——热力学第二定律在“自然”法则中具有至高无上的位置。如果有人向你指出，那些你们喜爱的宇宙理论与麦克斯韦方程不一致，那么麦克斯韦方程就非常不对了；如果发现它与观测相矛盾，那么显然地，这些实验家有时候搞错了事实。但是，若发现你的宇宙理论与热力学第二定律相反，那我觉得就没有希望了，没有什么好说的，只有最耻辱地倒下去。如此尊重热力学第二定律并非没有道理，我们还有其他强烈坚信的法则，我们觉得，违反它们的假设是极其不可能的。但是不可能性模糊不清，也不是作为数字的阵列而使我们为难，因而反对违反第二定律的机会（即反对混乱度降低的机会）是无法抗拒的。
1700940927