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熵与创生_宇宙时间奥秘

2020-04-28 宇宙时间奥秘

熵与创生_宇宙时间奥秘
 
 
不可逆性与熵看来和所有事件中最重大的事件——时间、宇宙本身的诞生,无可避免地连在一起。这启动所有事件的事件——宇宙的无中生有,和熵的产生不可解脱地结合在一起,因此是不可逆的。这个熵,第三章讲过,是无所不在:彭齐亚斯和威尔逊在 1965 年发现的来自全天的微波黑体辐射,相信是大爆炸的一个遗迹。这个黑体辐射由低能光子“稀粥”组成,遍布全宇宙,它是一个丰富的熵源。
 
可惜的是,这个熵不可能跟描述宇宙大尺度结构的爱因斯坦相对论方程挂钩。这些方程只能描述可逆过程,因此无法解释这个熵从何而来,除非用我们已经遇到过的、定义模糊的粗粒化。如果我们因为这办法是特殊的而不加采用,那么问题仍然存在:熵是如何产生的?
 
均兹格(Edgar Günzig)、戈呵纽(Géhéniau)、普里高津在 1987 年对此问题提出的一个解答,虽属臆测,却具有魅力。这个答案建筑在另外一些宇宙学家的想法之上,其中包括,除均兹格外,有布柔特(Robert Brout)和恩格勒尔特(Fran oisEnglert),他们的宇宙无中生有,在上面第四章中曾有讨论。
 
让我们来回想一下他们的看法:最初,时空是一无所有的,是平直的——根据爱因斯坦对引力的解释,那时没有物质使时空弯曲。海森伯的不确定性原理允许在短期间内可以免费借能量来创造宇宙。根据爱因斯坦的物质-能量关系,这能量产生物质,(以黑洞形式),物质又引起时空的弯曲——也就是我们所谓的引力。从“无”,我们得到相当多的“有”;尽管如此,产生宇宙所需的总能量等于零,因为宇宙中所有引力的能量是负的,它和产生的质量的(正)能量恰好抵消。
 
本章前面我们试图用原子分子的语言来表达第二定律时,我们看到,混沌和动力学不稳定性这些概念与热力学不可逆性相容。这里的建议是:平直(“闵可夫斯基”)时空量子真空的不稳定性与不可预测性,经过种下充满物质的宇宙的创生的种籽,导致出不可逆性。这样,物质形成的过程被认为是在宇宙学尺度上不可逆的,并且黑体辐射中的熵就是这个原始过程产生的。时间的诞生于是变为一个无可避免的单向过程。它是时间之箭的最终表现。
 
有人认为,字宙创生以后,经历过一个“暴涨”膨胀阶段(其时黑洞蒸发),然后转变成我们今日熟悉的那种物质辐射混合体。这个模型  
中一个很有意思的特点是,我们在它里面再次看到时间的双重面目:不可逆性与重复。因为宇宙如果是开放的,也就是说,如果没有充分的物质把它拖向“大坍缩”,它就要一直膨胀下去,宇宙中的物质密度将要变为极端稀薄。这种情况相当于一个平直的时空,于是整个这场戏将要重演在大得非常非常多的尺度上。看来,我们在这本书里一再强调的时间的这双重性质,在无与伦比大的尺度上,居然也可能存在。