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[其他] 光陰似箭不只是成語 科普名著時間之箭



光陰似箭不只是成語 科普名著時間之箭

[隱藏]
THE ARROW OF TIME英文原著書名
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W.H. Allen出版 ISBN 1852271973,中譯  繁體, 藝文印書館股份有限公司出版ISBN 9789575200381,簡體 湖南科學技術出版社 第一推動從書 ISBN 753571580x,作者是英國科學家Peter Coveney 和 Roger High兩人合著。







封面

其實在下本想重看更著名的「從混沌到有序」和「熵:一種新的世界觀」才寫的,但到底那是另一本書又涉及更多哲學的問題,所以還是直接先寫這本前陣子第二次看的「時間之箭」。

在說涼宮的舊文提到有幾種當代科學界所認為可能的時間觀,那其實已經屬於哲學問題了,但其中最有影響力和與實際觀察符合的,便是本書所說的「時間箭頭不可逆」。怎樣解釋?這便是這本書的內容了。

合理的時間觀與因果律
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本書的用意是提出正面的論據確定了時間單向,並不是很多科學家或哲學家甚至宗教家都認時間是幻覺的,但這些異議者又同時否定了時間旅行的可能性。

這等如否定自古的常識的「光陰似箭」,到底怎看待哲人聖賢的「包拗頸」的話?最重要的是在數學上看來過去和未來是對稱般的,經典力學允含了時間旅行一般,看來相對論允含了時間倒流,所以弦理論也保留了時間一維。

但一維仍然無方向性的,雖然不可能時間旅行但至少允許時間倒流,而部分幻想故事中時間旅行和倒流兩者是等價的。

可是時間箭頭是有方向的,即連一維也不存在的,或者可以說時間的速度不一的仍然有分數維度,但也不過是從不同速度的觀察者來看,而沒有不同速度下的時間會「掉隊」「爬頭」,而在同一個世界的消失去了別的時空的世界。

而一種數學上前後對稱的時間觀,可能深得宗教和哲學界的歡心,因為要把時間矮化才可以突出真理的永恆性,可是將明顯地和科學所必需要的因果律,與歷史的事實而不只是抽像的真理變幻性矛盾的,即像古中國的呂不韋說的「刻舟求劍」,或古希臘赫拉克利特說的「不可能踏進同一條河兩次」。

可以說永恆的真理只是純粹的抽像理論,如電子的性質總是一樣的,但說宇宙只有一個電子嗎?

下文等涉及像電子等微觀事物的邏輯產生時間箭頭。

熱力學第二定律與原子論 真實的證明
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這裡涉及兩個當時的科學界的問題,到底應當嚴肅看待為像「地是圓」之類的被證明的命題,還是當作神或靈魂之類僅是用來解釋怪事的形而上學工具般。

便是早年被卡諾Carnot和克勞修斯Rudolf Clausius提出的熱力學第二定律,在古希臘和印度先賢所提出的原子論,並由道爾頓Dalton再度提出現代版的原子理論。

不提「原子是看不見」的廢話。

最要命的是從未有人拿出過決定性的證據,證明熱力學第二定律,那些散失的熱能都真的轉化成其他能量,而不是憑空地消失或繼續以熱能的姿態現身,只是溫度差小得無法測量。

而本書開頭以大科學家玻爾玆曼Ludwig Eduard Boltzmann反對時間應當前後對稱的論調,但因為本來便患病的他又因其認同者如吉布斯Josiah Willard Gibbs逝世,多次在辯論中失敗於馬赫Ernst Mach而自殺的史實,可決定性的證據便是他難以證明「原子的存在」。

這裡說的原子是包括了分子和亞原子粒子,當然始終沒有頭緒證明那二千年來的推論。

原子的存在意味物質既不能無限地分割的同時,也意味需要量度極微量的單個物質原子。也因為原子的數目近乎無限與尺寸小得難以想像,所以既多而小下按當時玻爾玆最剛發展出一套,鮮為當時的人知的新學科即「統計力學」,並推論出那麼混亂是勢所難免的,而集團的原子行為不可逆了。

而當時的人只是懷疑原子存在而沒有人見到的,只是被用來做化學研究的配對的,即水是兩分氫一分氧所合成,所以應當有個最小的基數,可被看成一種工具主義的方便假設,而不是被證實或證明有無的形而上的存在吧。

即涉及哲學上的真理觀是否工具主義?

雖然在科學上無問題,但在哲學上卻大有問題了,因為這像用神或靈魂來解釋現實的怪事一樣,一般科學家可能會放棄解釋留給未來的人解決。

只有在無其他方法才採用邊緣的科學解釋,如外星人或超能力之類但如果無證據就暫時放棄解釋的。

馬赫或龐加萊Jules Henri Poincaré聽來,玻爾玆曼的話是邊緣科學。其實當時早發現了一種神秘的現象稱「布朗運動」,可是被玻爾玆曼和其主要論敵馬赫所忽略了,當然布朗運動又是當時一大科學懸案,直到玻爾玆曼逝世的前一年,愛因斯坦用它證明了分子的存在,也可以說證明了二千多年來古希臘和印度哲學家的猜測,統計力學終於被證明了有用了。

布朗運動


統計力學同更小尺度發展,便在幻想故事中時髦的「量子力學」,更可以證明玻爾玆曼所言非虛的。

本書以統計力學為依歸,肯定了熱力學第二定律是「真正的物理定律」,而不只是一個單純用來解釋熱能流向的工具。

而按1925年海森堡發表了「矩陣力學」(即現在的量子力學),3x2 ≠2x3,違背了通常平時數學上公認的 3x2=2x3,所以肯定在微觀世界時間不可逆了。



電子顯微鏡拍到的原子

當然到二十世紀後期的電子顯微鏡終於識別到分子與原子了,而不再完全依賴統計力學和量子力學等以純數學和間接的方式研究了。

既然時間不可逆 秩序怎來?
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關鍵問題是熱力學第二定律,即熱能總是從較熱處向冷處散開,沒有完美的時間前後對稱,生命又怎誕生與星體如何形成?

而在哲學層面上時間之箭也代表了輪迴反而是幻覺,這個問題我也有專文談過在佛學中,輪迴是世俗的偏見的幻覺而真理就是超越它。

但這書卻突出了一神教神學上相信進步的一次性地創造和救贖,根本上放棄輪迴的時間觀,可是為什麼一定要使用「神」來說明?也就是時間之箭是難以證明外,它本身也有和現實的進化抵觸。

而本書很完整地解釋它,允含了混沌和冷卻與死亡等表面的像徵外,也在以自然地產生秩序。

條件是遠離「熱平衡狀態」,而那些混沌的稱為平衡熱力學。


平衡意示圖

所以它不像字面上看來和其他科學定律格格不入的,但常被很多科學家所害怕的。因沒有完美的時間前後對稱,如果是真的話結論只會推論出,不只未來宇宙肯定熱寂掉,更難以解釋生命的誕生與星體的形成,只好依賴變成超自然的力量,熵和生物和星體演化相反的只有死亡和破壞,所以超自然最後變成了全能的上帝。

但本書說明了,沒有熱力學第二定律連生命都不會存在。

原因是那些對熱力學第二定律和「熵」顯淺地解釋的人,不懂得平衡和非平衡的狀態熱力學之別,以為世事都像一匙糖溶進水那麼簡單的。

當然在巨大的時空中引力可以使物質形成星球甚至黑洞,但在微小的時空中一直沒有人解釋,無序的物質如何自發地組合起來。

這便是本書最核心的部分,即「自組織理論」,當然要在微小的時空集合物質,而不是單純被重力壓一起,需要較特異的物質,當然就是「碳」原子的特性可以輕易和其他元素結合,並產生有機物最後是形成我們稱為「生命」的現象。

可是看來有機化學仍然只限於,把不可見的原子合成另一種不可見的分子,和平時所說的生命不同。

但在上世紀五十年代前蘇聯化學家Boris Pavlovich Belousov發現稱為「B-Z反應」的現象,就真的從一般的化學反應中產生肉眼可見的有序現象,而他日後獲得列寧獎。

並由比利時化學家普里高津Ilya Romanovich Prigozhin解釋了,稱為「粍散結構」榮獲諾貝爾化學獎,他也是開頭提的「從混沌到有序」的作者,有空再介紹他和這本名著。


B-Z反應與粍散結構


反對的人可能會說三難以實驗,但為什麼又對同樣無法實驗的,推測中地球和太陽形成的方式深信不疑?

關於生命的起源的科普相關書不多見
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的確很少有人聽到像B-Z反應和粍散結構的話,外行人才會創造出像涼宮春日或圓神角角色,來面對熱力學的費解。甚至如阿西莫夫所說,基督教可以接受演化論和宇宙大爆炸,但仍然堅持最初的生命是神直接創造的。

[ 本帖最後由 gx9900gundam 於 2017-5-16 01:30 AM 編輯 ]

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光陰似箭是事實




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