@ 2016.01.27 , 16:00

大开眼界新理论:时间倒流的“镜子宇宙”

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两支物理学家团队在对宇宙的时间流动进行探究之后,提出了这样一个理论:140亿年前的某个时刻,宇宙大爆炸可能引发了第二个倒转的镜子宇宙;在那里,时间的流动方向是相反的,它是倒流而非顺流。

研究人员表示,假如我们望向一个镜子宇宙的话,那么便会看到时间从未来流淌到过去;这会使得我们自己的宇宙时间似乎在逆流。时间并非预先存在,我们必须从宇宙所发生的事情来推断方向和时间流动。这样一来,我们便会自然而然地说时间始于一个中心点,而后朝相反方向流动开来。

几十年来,物理学家苦苦探索着这样一个事实:没有任何一条支配宇宙的基本物理定律表明,时间必须向前流动。无论是牛顿的万有引力、麦克斯韦的电动力学、爱因斯坦的狭义及广义相对论还是量子理论,这些公式都能够在时间倒流的情况下完美地描绘宇宙的运行。

1927年,英国天体物理学家亚瑟·爱丁顿提出“时间之箭”的存在,作为热力学的一个基本属性。热力学第二定律表示,任何一个孤立系统(如宇宙)只能熵增;因此,无论时间之箭是向前还是向后,事物只能往熵增的方向进行。

对于我们的宇宙及其热力学的时间之箭而言,在大爆炸发生之际,我们的宇宙就如同一个新生的完整鸡蛋一样,高度有序、熵很低。很快地,“鸡蛋”破碎了、被搅得面目全非,一切陷入混乱、高熵的状态。但这一假说的问题在于,它不像基本物理定律一样允许时间的倒流。你无法将鸡蛋从破碎状态恢复到高度有序的完整状态,那么究竟怎么了?

Joshua Sokol解释道:

从整个宇宙来看,我们将未来定义为熵增过程的时间方向。通过研究遥远星系的运动,我们可以预测宇宙将会如何演化。或者当宇宙的熵极小的时候,时间可以倒流,重新回到大爆炸。

再往回倒久一些,我们就会碰到一个宇宙难题。如果大爆炸确实是时间的开端,那么我们便不能继续下去;但在这种情况下,它又为何有如此低的熵呢?而假如它不是时间的开端……我们仍旧希望知道,一个永恒的宇宙是如何达到如此低熵的状态,以至于允许时间之箭的形成。

2014年的一篇论文认为,时间之箭是由引力所支配、而非热力学。研究人员用牛顿万有引力来支配1,000个粒子的计算机模拟——这是你所能想象到的最简单的宇宙模拟了。他们发现,在引力的作用下,粒子彼此之间的距离最终达到最小——他们将此称为“Janus点”。之后,这些粒子会从不同的方向往外扩张,代表了时间在真实多元宇宙里的顺流和倒流方式。

当粒子往外扩张时,它们产生了两个暂时方向:这个简单宇宙模型演绎了这一双向扩张,而引力在这两个方向都制造了结构。一切均始于中心处的Janus点,那里的运动非常混乱,它就像是希腊概念里的“原始混沌”。不过,这种结构在两个方向都形成了。如果理论正确的话,那么大爆炸的另一侧将产生另一个宇宙——在那里,时间体验的方向和我们这里相反。

如今,另外两名物理学家采用不同的粒子模型得出了相似的结论。他们制造了一团有限粒子云,并把它扔在一个无限的宇宙里。很快地,两个不同的时间之箭同时形成了——其中一半往熵增方向运动;而另一半则聚集在中心进行熵减运动,倒退回混沌状态。最终,整个粒子云都在扩张,这个串联系统总体熵增。

大爆炸或许就是这一低熵的中间态。同时,它解决了“时间之初”的问题——并不存在“时间之初”,有的只是最低的混乱程度。

本文译自 sciencealert,由译者 蛋花 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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