“时间去哪儿了”的热力学诠释（下）

物理学家设计了时间的“思想实验”，制作一个充满气体粒子的空室和一个没有填充气体粒子的空室，在两个空室之间的通道上设置一个电机转子，“转子开关”的功能是输送粒子，一个空室的气体粒子被一个个地转移到一个没有气体粒子的空室，转子每一次转动时，只允许一个气体粒子经过，对转子转动的记录相当于对经过的气体粒子的计数。转子记录表明了时间粒子在过去的秩序。依据牛顿的运动定律，粒子未来的位置完全取决于粒子目前的运动轨迹，一旦粒子的运动轨迹发生了颠倒，任何一个时点上的粒子都将重新回到它们的初始状态。在“思想实验”中，气体粒子初始态的熵值最低。

时间“思想实验”的两位物理学家蒙洛迪诺和布朗解释说，转子记录了气体结构系统的未来，这并非是第一次提出的，200年前，法国数学家皮埃尔·拉普拉斯发表过类似的观点。蒙洛迪诺和布朗指明了一个棘手问题，某种力量轻轻地“拉扯”了系统未来的移动状态，改变是作用的效果，一个粒子或多个粒子的位置、速度和作用方向都在变化，人们不能期待系统熵值的减少，甚至减少到熵值最低的初始状态。随着系统熵值的增加，粒子系统回不到初始的状态。当粒子反向移动时，人们对时间的理解好似看一部倒放的影片，从中感受到了时间的倒流，但“拉扯”作用带来了粒子位置和速度的改变，粒子将会和其它粒子发生直接碰撞。

甚至最简单的系统也会引起一场链式反应，系统的时间图片在任何一个时间片段上将会发生变异，气体粒子的系统结构无论如何也回不到原初的状态，我们好像在看一部重新剪辑的影片，它们已经不是原初影片的镜头。原初精致秩序的粒子体从低熵结构态演化到高熵无序态，从高熵的无序态回到低熵的结构状，任何微小的秩序扰动在这个过程中都将向后演化到一种更高熵值的无序状态。

对任何可能的初始条件而言，移动气体粒子的转子仅记忆了系统未来的演化情形，这是时间动力学中“时间之箭”的含义。蒙洛迪诺和布朗持有不同的观点，时间之箭的动力学特征似乎与记忆的定义相抵触，记忆包括系统演进的所有方法，不包括单一的结果，例如：人类大脑记忆了与自己有关的所有可能发生的事情，不能认为人类大脑只能记忆事件系列中的一个，好似速度表只能记录一个运动物体的速度。人的大脑可以记忆复杂性运动的事件，记忆功能可能发挥最大的作用，甚至最简单的记忆也有反转的要求和可逆的功能。

加州大学圣迭戈分校的物理哲学家克雷格·卡伦德解释说，两位物理学家在“思想实验”中创立了一个记忆的定义，他们把记忆的定义奠定在科学的条件上，两位物理学家给出了一个重要的观点，即使可逆和可反转的记忆也蕴含了一个时间之箭，但两位物理学家没能精确地描述“转子”如何记录气体粒子的结构特征，有些科学家不完全相信他们对时间和记忆的科学解释。

加州大学戴维斯分校的宇宙学家安德里亚斯·阿尔布雷克特解释说，对热力学原理背后的“时间之箭”假定，两位物理学家持有某种怀疑态度，可能有其它解释热力学时间之箭的方式，宇宙的物质世界不一定满足了“奇点”的要求，所有物质在宇宙诞生之时被挤压在不同寻常的最高秩序中，但宇宙的物质按照低熵值到高熵值的秩序进行演化，可能有其它的可能性，早期宇宙的物质系统呈现不同秩序的图景，假如发生了这种情形，那么蒙洛迪诺和布朗将失去一次机会，遗漏了探索其它宇宙起始条件的可能性。时间的非对称性是宇宙学的奥秘之一，没有完全揭示时间箭头的含义，物理学家对时间物理学依然饶有兴趣，力求在深层领域研究时间之箭和热力学的相关性。

（假如面向过去的“时间旅行”变成了现实，那么人们可能会回到过去的年代，找回失去的时间和经历。面向未来“时间旅行”的可能性似乎更大，走进未来的年代，经历将来的时间。实际上，面向过去和面向将来的“时间旅行”都难以实现，如果人们处于不同的物理参考系，时间变快或时间变慢，那么“时间旅行”的相对性原理似乎成立，假如人们乘坐宇宙飞船，在太空和其它星球居住一段时间，当他们返回地球时可能发现，以前的同年龄人变老了，自己看上去变得年轻。

现在、过去和未来的“时间之箭”与在一个封闭体系中粒子的流动难以画等号，粒子流动到初始的位置，相当于回到过去，粒子流动到目前的位置，相当于到了现在，流动到前方的位置，相当于到了将来。如果将粒子在不同位置的流动等同于时间的流逝，那么时间可以停留在现在，也可以回到过去，走向未来，好似“时间旅行”的场景，除了粒子的自由流动，还有粒子的变化，粒子与人们生命的历程相比几乎没有变化，粒子不断地发生衰退，在封闭体系中的粒子几乎难以回到初始状态，时间难以回到原初状态，粒子和时间的循环运动仿佛是回到了起点。）

（编译：2021-5-12 ）