
自古以來,人類總是被局困於腳下這塊小小的土地。然而,在文學家的筆下,不但能夠遍訪世界各名川山岳,甚至還可以穿過時間軸,不管是回憶著逝去的故事,還是希冀改變過去懊悔的錯誤。
中國文人的時間之旅,往往是由過去的回憶,或是嚮往古時盛世所交織而成。我懷疑,真有文人思考過,為什麼時間只有一個方向。為什麼我們無法看到未來發生的事情呢?如同我們回憶往事般清晰歷歷。套句愛麗絲夢遊仙境裡白王后的話:『這種記憶只記得過去,也太差勁了。』
有趣的是,在基本物理學上頭,時間的箭頭常常是沒有意義的。一六八七年,牛頓出版了他那本不朽的《自然科學的數學原理》,從此後在力學領域發動了一場革命。雖然這個理論是如此成功,可是它卻無法解釋時間的方向,事實上,僅依靠牛頓力學,我們根本無法分辨時間前或後。
倘若我們放映一部電影,正在講述著行星如何繞行太陽運動,如果我們沒有事先跟我們觀眾講好,即使我們是倒著撥放,我們觀眾也不會破口大罵電影公司。任何(單純的)重力系統,不管是向前或向後觀察都不會任何問題,然而,我們從來沒有看過一堆壞掉的手錶零件自動地拼回一隻手錶,如果我們倒著放映手錶被摔壞的過程,一定會引起某些不自然的感覺。
在其他建立在力學基礎上的理論,包括電磁學,相對論和量子力學、核交換力,不管其理論有多麼深奧,都有一個共通點,沒有時間箭頭。(弱作用力可能是唯一的例外,這個後頭在談。不過這並不影響我們日常生活的運作,事實上,日常生活,光用電磁學和古典力學就可以維持的很好。)
既然時間被統籌在整個物理之內,物理學家自然必須提出解決方法。不幸的是,物理學界並沒有一至的看法,或許「時間」對於人類而言,不過是出現在文學家筆下浪漫的產物。這裡我提出的是羅傑‧彭羅斯(Roger Penrose, a professor of mathematics at the University of Oxford in England,如圖)的看法,他是當今最傑出的宇宙論學者之一。他認為時間箭頭有七種,而且都指向前方。這裡我盡量避免太深的理論,而著重於例子的舉證。
第一種被稱為「心理學時間」。是人類無法避免的生理效應之一,或許有某人號稱可以看到未來的景象,宣稱他們可以通靈,在沒有進一步證據之前,大多數人是只記得過去發生的事情,而且我們可以去做一些事情去影響未來。所以文學家可以寫下《追憶似水年華》這般傑出的大作,一般人也可以用懊悔、遺憾、期望等等辭彙,明顯的將過去和未來分辨開來。
第二種時間箭頭涉及到電磁波裡一種「遲滯」效應。雖然在麥克斯威爾的解裡頭,我們無須將「遲滯」和「超前」 的解給區分出來,但的確自然界卻似乎有股無形的力量阻止我們如此做。
第三種時間箭頭是屬於量子力學的。這個要解釋可能不容易,但基本上可以這樣簡單說明,如果一件事情要發生的機率是百分之五十,在還沒有觀察之前,我們只能知道這件事情的發生的波函數和機率的關係。一但觀察後,整個波函數立即疊加成百分之百的發生或不發生,我們只能看到某一種情況發生。如同前頭的電磁波,在量子力學裡頭,這種疊加的過程是可逆,也就說倒過來也是有可能發生,可是自然卻從不允許我們如此做。
第四種時間箭頭涉及到一種K介子的粒子衰變。這可能更令人匪夷所思,簡單說明,K介子在衰變過程之中,在時間逆轉之下(變成反物質操作),進行的速率是完全不同的,在一次,自然界又給了我們一個時間的方向。
前四種時間箭頭,是在較小的範圍或日常生活中即可發現,物理學家大部分不會異議。後三種在涉及較大尺度下,物理學家就有點吵鬧不休了。
第五種時間箭頭是來自黑洞與白洞的區別。相對於黑洞不斷吸取東西,白洞就是不斷的吐出東西來了。雖然大部分天文學家相信黑洞的存在,卻沒有一個人觀測到白洞的存在。任何東西都可能從白洞裡冒出來,這種行為難以置信。可是卻也有天文學家相信白洞的存在--大霹靂就是一個白洞。
這跟第六個時間箭頭連在一起。至少,天文學家同意宇宙是在膨脹的。但是,假如有一天宇宙會停止膨脹並再次崩縮,根據愛因斯坦方程式,宇宙不僅在三維的空間內倒轉,甚至時間軸也無法避免,也就是說這個崩縮是發生在四維之上。那麼時間在那一點是如何運作?時間會開始倒流,如果時間開始倒流,不僅人類週遭事物開始倒流,連人類腦中的意識也開始倒流,那麼人類又如何能發覺自己是在倒流呢?說不定在這個崩塌的宇宙中的人類,也會覺得自己的宇宙是膨脹的……。
第七個時間箭頭或許是所有問題答案的源頭,這涉及到熵的普遍增加。根據熱力學第二定律,熵永遠是朝著一個最大值前進,我們可以將熵看做一個對系統中亂度的數量。自然大部分的行為都是有序狀態向無序狀態前進,手上的手錶是一個有序的系統,一但掉落到地面散落一地的零件,於是又成了一個無序的系統,所以我們不可能看到一堆散落的零件從組成手錶。這表示著,過去永遠是比現在有序,宇宙一開始是存在一個熵極低的情況,之後才開始演化成今日的模樣。關於熱力學第二定律,亂度的增加也在近年的非線性領域得到驗證,而這渾沌現象可以在極小的範圍內發生,事實上,在力學之中,只要三顆圓球的相互作用,就已經有渾沌現象而無法單純用牛頓力學給解出來。
大自然依然只給了我們一個時間箭頭,不管人類是否願意,時間依然在走。然而,在科幻小說家筆下的時間旅行到底有沒有可能實現呢?在不能違反因果律下,事實上在愛因斯坦方程式裡頭是存在著回到過去的解,但我們是不可能改變過去,我們進行著時光旅行,不過是要「完成」過去,過去和未來被一條線給串聯了起來,所謂的時光旅行不過是完成這條線的發生。如同輪迴一般,這條線將在時空之中來回無限多次。
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