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物理學家提出新假說模型,試圖解釋「時間倒流」的可能性

刊登於 2016-01-27

加州理工學院(CalTech)和麻省理工學院(MIT)的兩名理論物理學家提出一個基於「熵」(Entropy)的新假說模型,試圖解釋「時間倒流」的可能性。攝:Pablo Blazquez Dominguez/GETTY
加州理工學院(CalTech)和麻省理工學院(MIT)的兩名理論物理學家提出一個基於「熵」(Entropy)的新假說模型,試圖解釋「時間倒流」的可能性。

在經典科幻片《回到未來》(Back to the Future)裏,主角馬蒂從1985年回到1955年後,不經意地干預了父親追求母親的過程,但為了防止未來的自己「消失」,他必須努力地幫助父親追到母親……這類在科幻作品中大量出現的關於時間旅行的「悖論」,經常會用多重宇宙(Multiverse)假說來作解釋,即回到過去所做的不同決定,其後續發展是存在於不同的「平行世界」中的。

而在多重宇宙假說中,時間以相反方向流逝的平行世界也是可以存在的,也就是說,我們已知的過去或許是另一個世界的未來。近日,兩位分別來自加州理工學院(CalTech)和麻省理工學院(MIT)的理論物理學家提出一個基於「熵」(Entropy)的新模型,試圖用更簡單的原理對這一現象進行解釋。

熵可以被理解為「無序度」的指標,即一個系統混亂程度的高低。根據熱力學第二定律,一個孤立系統的熵永遠不會隨時間減小,比如一個玻璃杯落地後破碎,其最終狀態比初始狀態更無序。因此,人們可以通過測量一個孤立系統熵的變化來確定時間流逝的方向,即時間箭頭(Arrows of Time)。人們也據此認為,完整的玻璃杯是「原因」,而破碎的玻璃杯則是「結果」。

從深層次來看,『原因』(Causes)不一定必須在『結果』(Effects)之前出現。

參與研究的加州理工學院教授 Sean Carroll

提出新模型的兩位物理學家解釋稱,在物理學定律中,時間流動的方向並不重要,因為「倒流」的時間也可以和物理定律和諧共存。比如,當你向上扔一個玻璃杯,它在到達頂點之前會因為地球引力而速度越來越慢;如果將這段「影片」倒帶來看,這個玻璃杯會從頂點加速下落,同樣是符合力學定律的。

在這個新模型中,他們將一些粒子放入一個被稱為「無限雲」(Infinite Cloud)的無限宇宙中,而這些粒子都具有隨機分配的速度。這些粒子最終會自發產生不同的時間箭頭,而由於隨機性,其中一半的粒子會朝着無限雲的邊緣擴散(熵增加),另一半粒子則朝着無限雲的中心聚集(熵減少)。但是當聚集的粒子在中心與彼此「擦肩而過」後,它們會繼續朝着無限雲的邊緣擴散,從而使得無限雲的熵比初始狀態增加。

而如果將這些粒子在初始狀態的時間箭頭倒轉,它們最終的方向仍然會朝向外部,無限雲的熵與初始的時間零點相比,仍然是增加的。研究者認為,這意味着單個時間箭頭的方向不再重要,而這一模型也可以適用於多重宇宙假說。他們的新模型目前還沒有正式發表,為了讓模型更加可信,他們還需要補充初始狀態時缺失的信息。

早在2014年,來自英國和加拿大的科學家們也發表了一項研究,認為宇宙大爆炸時還產生了一個「鏡像宇宙」(Mirror Universe),它在大爆炸瞬間與我們的宇宙朝相反方向膨脹,生活在這兩個宇宙中的生物則認為彼此在朝着對方時間的反方向前行。 

我們不妨大膽地設想一下,如果這兩個宇宙中的人能夠相遇,也許會出現另一部經典科幻片《奇幻逆緣》(The Curious Case of Benjamin Button)中的奇妙鏡頭——男主人公班傑明從出生開始便「逆生長」,年邁之後變成一個嬰兒,躺在「正常生長」但垂垂老矣的愛人黛西懷裏,慢慢閉上眼睛……

121
多重宇宙(Multiverse)這個名詞是由美國哲學家與心理學家威廉·詹姆士(William James)於1895年提出,迄今已121年。這個假說已經激起大量科學、哲學和神學的問題,科幻作品亦喜歡將此概念用於其中。

聲音

Alan Guth(另一位研究者)和我試圖要說明的是,宇宙中幾乎每個地方都存在某種明顯的時間箭頭,這是非常自然的。當然,你會努力使這一切變得有現實感,使其看起來更像我們的宇宙。這似乎才是最難的部分。

參與研究的加州理工學院教授 Sean Carroll

他們創造了一個可以很容易將某些特定概念塞進去的世界。

加州大學戴維斯分校教授 Andreas Albrecht

為了使時間倒流變得可行而自定義一些概念,而不是推導出來。他們其實在寫科幻小說吧。

cnBeta 網友

多重宇宙論

Multiverse 或 Meta-Universe,或者叫多元宇宙論,指的是一種在物理學裏尚未證實的假說。根據這種假說,在我們的宇宙之外,很可能還存在着其他的宇宙,而這些宇宙是宇宙的可能狀態的一種反應,這些宇宙可能其基本物理常數和我們所認知的宇宙相同,也可能不同。2003年《科學美國人》雜誌中,有一篇由美國宇宙學家馬克斯·鐵馬克(Max Tegmark)寫的平行宇宙專文,文中他將平行宇宙分成四類。第一類:這類的宇宙和我們宇宙的物理常數相同,但是粒子的排列法不同,同時這類的宇宙也可視為存在於已知的宇宙(可觀測宇宙)之外的地方;第二類:這類的宇宙的物理定律大致和我們宇宙相同,但是基本物理常數不同;第三類(艾弗雷特(Hugh Everett III)的多世界詮釋):根據量子理論,一件事件發生之後可以產生不同的後果,而所有可能的後果都會形成一個宇宙,而此類宇宙可歸屬於第一類或第二類的平行宇宙,因為這類宇宙所遵守的基本物理定律依然和我們所認知的宇宙相同;第四類:這類的宇宙最基礎的物理定律不同於我們宇宙,而基本上到第四類為止,就可以解釋所有可能存在(也就是可想像得到的)的宇宙,一般而言這些宇宙的物理定律可以用 M 理論構造出來。(資料來自維基百科)

來源:每日郵報TechWorm新浪科技新科學家

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