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创造性时间_奇点天文奥秘

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创造性时间_宇宙时间奥秘
 
 
主要是布鲁塞尔自由大学一群研究者,以普里高金为首,创造了一套二十世纪的热力学。由此我们可以借助“自组织”这个新的科学法则,来理解秩序为什么可以在混乱中出现。他们的论点和通常对第二定律的理解不同,说第二定律并不等于千篇一律地朝着混乱一直消沉。混乱固然可能是物质的最后状态,在时间终点的宇宙固然会是一片倾圮,但是第二定律绝不是说这个过程均匀地发生在空间的每一点、时间的每一点。
 
首先我们必须区别变化潜能已耗尽的“平衡热力学”和“非平衡热力学”。一杯咖啡已经冷到室温,不能再冷的时候,应该用平衡热力学;当牛奶才加进去,还没有搅匀的时候,就应该用非平衡热力学。如果我们把第二定律应用在事物不断在变的实际世界,而不应用在僵化的热力学平衡状态,那么自组织就会很自然地从第二定律中产生。平衡与非平衡热力学之间的对比,犹如实存和将然之间的区别,犹如这句话里面的字和句尾的句号之间的不同。在所谓宇宙向热寂退化的过程中,我们可以找到许多自动产生秩序的出色例子。咖啡里面加牛奶,最后状态固然是那个常见的灰色浑汤,但是在达到那个状态以前,白牛奶在黑咖啡里排演了多少瞬息万变的漩涡花样和结构!
 
“化学钟”是自组织的一个实验例子。这是一种特别的化学反应,里面的颜色很有规则地变来变去,也会显出美丽的漩涡结构。为了保持花纹,化学反应必需不断地得到补充。它的组织也很特别:是连锁在一起的一串化学反应,牵涉到反馈,其中一个反应的产品又参加同一个反应,甚至做它自己的催化剂。令人惊讶的是,化学钟里成千上万不计其  
数的分子,好像都精确地知道彼此在做什么,它们好像能彼此“交换信息”。
 
这些概念对生物界的含义非常重要。对生物来说,变化完结的平衡态就是死亡。热力学提供了一套自然语言,用它可以描述生物学的过程:只有远离平衡的过程,变化才能发生。我们能活着,完全是因为存在着一个由许多精密谐和的节奏组成的复杂网络。以这些节奏进行的生物化学反应,跟化学钟属于同一类。参与这些反应的就是生命的精髓——链状遗传分子 DNA 和 RNA,它们能间接地催化本身的自我产生。这样,在经典热力学和达尔文进化论之间的鸿沟上,非平衡热力学搭了一座桥。它可以大致说明,为什么在一个熵递增的宇宙里,像人这样具有极其微妙结构的生物,仍然可以出现。
 
更引人入胜的是关于时间的含义。像化学钟这样的自组织告诉我们,第二定律不仅提供了一个时间箭头,并且它里面也有我们到处可以看到的各种循环、各种花样的种子。时间的这两个方面都很重要。时间的箭头代表时间的前进,每个时刻都带有自己的烙印。可是另一方面,就如噪声和音乐的区别在于拍子和节奏,因此要在服从同一规律的现象里找出花样款式,时间的循环模式是至关重要的。第二定律为这两个最重要的时间形象打下了基础。
 
然而,即使我们承认第二定律的时间之箭意义深奥,根基牢固,不可能是幻觉,我们的主要问题仍旧没有得到解答。我们如何能使这个不可逆时间,和用“无时间性力学”描述的微观世界和谐一致?这个,玻尔兹曼只解答了一部分。本书第八章将讲述,答案可能从正在萌芽的一门新学科里得到。这门新学科就是自组织的姊妹科目:动力学混沌。混沌与箭头
 
在有关不可逆过程的讨论中,混沌并不等于全盘的天下大乱,而是指一种奇妙的秩序。描述化学钟行为的方程,解起来可以得到各式各样的解,不仅包括自组织,而且有“确定性混沌”。这是一种似非而是、可预言的偶发性。在化学钟的情况下,混沌表现为一连串颜色的随机变化。它之所以叫做“确定性的”,是因为混沌学专家们从这种随机行为里面,整理出来了一个微妙的基层组织。一般相信天气就是由混沌主宰,所以天气预报短期有效,时间过长就不灵了。目前科学界掀起一股混沌热,到处找混沌,吉普赛蛾数目的起伏,羊癫疯的发作,以及许多其它的现象,从政治到经济,全是混沌研究的对象。
 
时间对称的牛顿运动方程里,也存在有混沌。这项颇为惊人的发现,含义极为深刻。据说,自命为“混沌福音传道士”的物理学家福特(Joseph Ford)曾经说过:“一个大革命正在开始。我们对宇宙的整个看法,都会改变。”研究结果表明,在最简单如仅仅三个粒子相互作用的情况之下,都会出现混沌。可预言性、确定性,这些几百年传下来的神话,这  
一来再也站不住脚,一个钟表式的宇宙就更不用谈了。在这个世界里,动力学混沌是主导,不是例外。过去是固定的,而未来是开放的;这样,我们重新发现了时间之箭。
 
我们终于开始理解,不但是复杂的体系,就是物理学中最简单的情况,未来都是开放式的。牛顿力学和量子力学跟时间之箭配合,从而使创造性的演化成为可能,这看上去离不开混沌。自从玻尔兹曼以来困扰科学界的一个难题,现在答案总算有了点眉目。  
 

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时间:牛顿和爱因斯坦_奇点天文奥秘

2020-10-11 21:24:54

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