“时间之箭”的再发现(2)

现在他认为时间之矢不过是一种约定，是我们（或许可以说，是所有活着的生物）把它引进到一个在过去与未来之间没有客观差别的世界中来的”。①当时其他一些著名的物理学家，对时间的不可逆性也都持否定态度。爱因斯坦就认为“不可逆的时间”只是人类的幻觉。1917年，当他用广义相对论讨论宇宙模型时，就为了维护宇宙在大尺度上的特征不随时间变化的传统科学观点，而引进了一个称为“宇宵斥力”的宇宙项，得到了一个没有时间方向的、静态的宇宙模型。
     后来当天体物理学家弗里德曼(Friedmann，A.1888～1925)和勒梅特(LeMaitre，G.1894～1966)对这个静态宇宙模型提出批评后，爱因斯坦承认自己犯了平生最大的一个错误。但当后来勒梅特希望和爱因斯坦讨论更精确的宇宙初始状态的问题时，爱因斯坦却表示对此没有兴趣。著名物理学家玻恩(Born，Max1882～1970)甚至提出“不可逆性是无知进入物理学基本定律的结果”。但是，也有人坚持着熵增加原理的根本重要性。如英国天体物理学家爱丁顿(Eddington，A.S.1882～1944)就说：“我认为，熵增原则——即热力学第二定律——是自然界所有定律中至高无上的。如果有人指出你所钟爱的宇宙理论与麦克斯韦方程不符——那么麦克斯韦方程就算倒楣。如果发现它与观测相矛盾——那一定是观测的人把事情搞糟了。但是如果发现你的理论违背了热力学第二定律，我就敢说你没有指望了，你的理论只有丢尽脸、垮台。”①他同样肯定熵增加原理显示了“时间箭头”的存在；他说“熵是时光之箭”。
     20世纪以来物理学以及相关学科的发展，把存在和演化两种科学观点的冲突推进到一个新的转折点，迎来了一个关于时间的本质的新的综合。1986年7 月，耗散结构理论的创始人普里戈金(Prigogine，Ilya1917～)以《时间的再发现》为题做了一次演讲；他面对倍感惊奇的听众，对这个题目做出解释说：“实际上对时间这个概念的理解，人们在最近 10 年或20年中已经有了重大的变化；完全可以说，时间是又一次被发现了。”①他明确指出：“我们已开始破译著名的热力学第二定律所传达出来的深刻的信息。无处不在的、或称为万有的时间箭头，即时间对称性破缺，正是第二定律的核心；正是从这里再度发现时间。”②在普里戈金看来，19世纪提出的热力学第二定律，已经把不可逆的演化和时间之矢的问题提到了显著的地位；而 20世纪以来的一系列科学进展，特别是基本粒子不稳定性的发现，现代宇宙学演化观念的发展，以及非平衡成为有序之源的发现，都标志着时间之矢的再发现。
     所谓“时间的再发现”，即关于时间对称破缺、不可逆性作为自然界的一种建设性因素的发现，这标志着一种新的科学观念的产生。普里戈金写道：“时间不仅贯穿到生物学、地质学和社会科学之中，而且贯穿到传统上一直把它排除在外的两个层次，即微观层次和宇观层次之中。不但生命有历史，而且整个宇宙也有一个历史，这一点具有深远的含义。”③我们具体来看一看现代科学关于时间对称破缺的三个重大发现。第一个是关于基本粒子不稳定性的发现。“基本粒子”理所当然地被认为是“宇宙之砖”，即构成宇宙万物的最基本的层次；它的“基本性”也包含着永恒不变之意。它们不生不灭，是一种没有历史的“存在”。但近几十年的研究表明，“时间之矢”也深藏于基本粒子的本性之中。大统一理论断言，过去被认为是最稳定的质子，也会发生衰变。理论预测，质子、中子衰变后成为轻子和介子。
     例如质子在衰变后产生正电子和中性π介子；中子在衰变后产生电子和带正电的π子。还可能有其它不同的衰变方式。质子的衰变是极其缓慢的，其寿命大约为1031～1032年。这个理论预言正在世界各国许多实验室里经受检验，目前已经发现了几个可能是质子衰变的事例。第二个是关于宇宙学演化观念的发展。早在1929年，美国天文学家哈勃(Hubble，E.P.1889～1953)就发现了星系谱线红移的哈勃定律，表明宇宙不是静态的，而是随着时间在膨胀。1965年，美国贝尔电话公司的彭齐亚斯(Penzias，A.A.1933～)和威耳孙(Wilson，R.W.1936～)发现了弥漫全部天空的3K微波背景辐射。其它还有星系氦丰度为30%以及星系分子中有出乎意料多的氘等重要发现。这些观测结果，都支持了“大爆炸宇宙学”关于宇宙是从一个非常致密、极端的热的原始火球发生爆炸而产生，并一直膨胀开来的学说。
     这个学说认为在物质密度无穷大、时空曲率也无穷大的这个“奇点”状态之前，是没有时间和空间的。大爆炸的发生，就是宇宙时间的起始。大爆炸发出的辐射随着宇宙的膨胀而冷却下来，这就是彭齐亚斯和威耳孙所发现的3K宇宙背景辐射。膨胀的宇宙当然是一个演化着的、有历史的宇宙。可以认为自然界所有过程的不可逆性都来自于宇宙的原始爆炸和随后发生的宇宙膨胀。这样就可以把热力学第二定律所论证了的“时间箭头”和宇宙联系起来。膨胀的宇宙本身就是一个永不停息的大钟；或者如爱丁顿爵士所说，时间的指针是由星系的退离自行带动的。这里又涉及到另一个问题，即无处不在的引力的作用，最终会使膨胀停止下来，并且使所有的物质不可抗拒地回聚在一起，成为一个最终的奇点。果真如此，宇宙就是以大爆炸开始，而以大坍缩终结。