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时间重生:从物理学危机到宇宙的未来


时间重生:从物理学危机到宇宙的未来

作  者:[美] 李·斯莫林(Lee Smolin)

译  者:钟益鸣

出 版 社:浙江人民出版社

出版时间:2017年02月

定  价:69.90

I S B N :9787213078521

所属分类: 科普读物  >  宇宙知识    

标  签:科普读物  宇宙知识  

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书评书荐

TOP内容简介

    从宇宙大爆炸到宇宙的未来,从量子物理学的困惑到力与粒子的大统一,物理学家与宇宙学家面前的一切难题,归根结底的关键问题都是:时间。那么,时间是什么?

    物理学发展史上,诸多物理学家、宇宙学家、思想家,包括伽利略、柏拉图、牛顿、爱因斯坦等,都认为时间不过是一个假象;他们的理论也多是独立于时间的。

    在《时间重生》中作者斯莫林教授认为,在量子力学的诠释中,在量子力学与时空、引力与宇宙学的大统一中,时间发挥着至关重要的作用。这种时间观,是如何形成的?

    在将时间驱逐出物理学与宇宙学研究的过程中,我们会付出什么代价?在接受时间真实性之后,我们又将付出什么,收获什么?《时间重生》将告诉你答案和一个与众不同的时间观!


TOP作者简介

    李·斯莫林(LeeSmolin)1955年出生于美国,拥有罕布什尔学院学士学位和哈佛大学博士学位,在普林斯顿高等研究院、圣巴巴拉理论物理研究所以及芝加哥大学做博士后;曾任教于耶鲁大学、雪城大学和宾夕法尼亚州立大学。现任加拿大圆周理论物理研究所研究员、滑铁卢大学物理系客座教授、多伦多大学哲学系研究生导师。

    美国知名理论物理学家,圈量子引力论创始人之一,被誉为“现今最具原创力的理论学家之一”。

    畅销书作家,著有多本科普图书,因其对“前沿物理大众科普的卓越贡献”,荣获由美国物理教师联合会颁发的克洛普?斯特格纪念奖(Klopp StegMemorial Award)。

 

    钟益鸣:曾就读于加拿大圆周理论物理研究所,并获得加拿大滑铁卢大学硕士学位;之后在美国纽约州立大学石溪分校杨振宁理论物理研究所获得博士学位。

    现在波士顿大学做博士后研究。

    研究领域:暗物质,电弱尺度粒子物理,散射理论。

TOP目录

前言 时间是什么

引言 美妙的 意外,皆源于时间的惊涛骇浪

 

第一幕 时间之重:驱逐时间

01 总在下落的万物

02 消失的时间

03 接物游戏

04 牛顿与盒中物理学

05 所谓新鲜和意外,从来就不可能被创造

06 爱因斯坦的相对论与时间“独立”

07 量子宇宙学,时间的终结

幕 间 爱因斯坦的不满

 

第二幕 时间之轻:时间重生

08 牛顿回答不了的问题

09 不完美的有效理论

10 一个终极宇宙论正徐徐向我们张开双臂

11 从独立于时间到随时间而变

12 解放量子力学

13 相对论与量子力学之战

14 时间于相对论中重生

15 空间的演生

16 为什么宇宙如此有趣:宇宙的生死

17 时间于光与热中重生

18 无限的空间,还是无限的时间

19 时间的未来

 

结语 未来,于时间内求索

译者后记

TOP书摘

时间是什么

    这个问题看似简单,却又无比重要,在我们进一步探索宇宙奥秘的过程中,它首当其冲。从宇宙大爆炸到宇宙的未来,从量子物理学的困惑到力与粒子的大统一,物理学家与宇宙学家面前的一切难题,归根结底都是在问:时间是什么。

    人们常常认为,科学的历史就是破除假象的历史:表面看似光滑的物质其实由一个个原子构成;看似无法再分割的原子其实由质子、中子及电子构成,其中的质子和中子则由更基本的粒子——夸克构成;从我们的角度看,似乎是太阳绕着地球转,而事实是地球绕着太阳转,当然,若深究下去,所有的运动都是相对的。

    至于时间,它已渗透到我们日常生活的方方面面。当思考、感知或行动时,我们都会感到时间的存在。我们头脑中的世界,是一条贯穿于我们生命中每一个瞬间的河流,但是,物理学家和哲学家们不断告诫我们(我们中的许多人也深信):时间不过是一个终极假象。

    当我问学术圈外的朋友,他们觉得时间到底是什么时,我常常会得到这样的答案:时间的流逝其实是虚假的,所有真实的东西,比如真理、正义、神明、科学规律,都存在于时间之外。“时间不过是假象”的观点在哲学界与宗教界非常普遍。千百年来,当试图逃避生活的艰辛、逃避命中注定的死亡时,人们往往寄希望于进入一个没有时间的世界,一个更加真实的世界。这给了人们些许宽慰。

    一些杰出的思想家断言,时间并不真实,这其中包括古希腊最伟大的哲学家柏拉图和现代最伟大的物理学家爱因斯坦。两人都认为,真理不受时间影响,并且我们所感知的时间不过是发生在人类身上的一种巧合,而正是这一巧合将我们与真理相隔开来。两人都相信,为了触及世界的真实与真理,时间的假象必须被破除。

    过去,我曾笃信时间并不真实。坦白地说,年轻时我之所以选择研究物理,正是由于我厌恶这个被时间所囚禁的人类世界,它在我眼中丑陋而荒芜。我渴望生活于另一个世界,那个世界由纯粹而永恒的真理构成。后来的漫漫人生让我发现了生而为人的美好,超脱时间、逃离世界的想法渐渐被我淡忘。

    更为重要的是,我不再相信时间并非真实之说。事实上,我选择站在这个观点的对立面:时间不但是真实的,而且是最为真实的。它的真实性如此贴近大自然的核心,我们所知、所感的一切事物与概念都无出其右。我立场的改变基于科学的发展,特别是物理学与宇宙学的最新发展。在量子力学的诠释之中,在量子力学与时空、引力及宇宙学的终极大统一之中,我开始相信,时间将发挥至关重要的作用。最为关键的是,为了理解当前获得的宇宙学观测数据,我们必须以全新的视角来接受时间的真实性。这,就是我所谓的时间重生。

    本书致力于为时间的真实性提供科学上的论证。如果你相信时间仅仅是一种假象,我希望本书能改变你的这一看法;如果你已经相信时间的真实性,我仍希望它能够带给你支持这一观点的更好论证。

    这是一本适合所有人阅读的书,因为所有人的世界观都会受制于自己的时间观。即使你从来没有思考过时间的意义,种种与时间相关的形而上学的理念也仍在影响着你的思维方式,以及你表达思想的语言。

    当我们接受时间的真实性后,我们看待世间万物的方式也将被这一革命性的观点所改变。特别需要指出的是,我们眼中的未来也将获得全新的意义,它将生动地凸显出人类即将面临的种种危险与机遇。

    本书中的一部分内容讲述了我自己重新发现时间本质时所走过的旅途。

    最开始时,触发我思考的并非科学,而是与我小儿子的对话。每天晚上,当我把他抱上床后,我都会和他聊一会儿。一天晚上,在我给他讲故事时,他忽然问我:“爸爸,当你和我一样大的时候,你是不是就已经想好了我的名字?”那一刻,这个孩子似乎忽然意识到,有一些时间在他诞生之前就已存在。他试图将自己还不是很长的人生经历与漫漫的时间长河相联系。

    每一段旅程都可以使人受益良多。我的时间之旅告诉我,时间是真实的,这一简简单单的陈述背后蕴藏着革命性的能量。在我学术生涯的开端,我总是试图寻找永恒不变的公式。可是现在我相信,宇宙最深层次的奥秘在于,宇宙如何一步一步地展开每一个瞬间,正是这些相连的瞬间,组成了宇宙的时间。

    永恒,不过是虚无的神话

    当思考时间时,我们面临着一个藏匿着的悖论:我们觉得自己生活在时间之中,但我们又常常认为,这个世界的种种美好,以及你我身上那些美好的东西,却早已超越了时间。

    我们相信,真实的东西之所以真实,是因为它的真实性不会转瞬即逝,无论过去,还是将来,真实的东西永远真实。

    我们相信,道德之所以绝对,是因为无论何时、何地,道德永远普适。

    我们相信,那些真正弥足珍贵的东西永远存在于时间之外。

    我们渴求天长地久的爱情;我们口中的“真理”和“正义”不会因为时间的流逝而改变;我们敬仰与欣赏的一切事物,例如神明、数学定律、自然法则,也总是存在于时间之外。我们行动于时间之中,却常常用超越时间的标准来对我们的行为作出评判。

    这种时间悖论致使我们最珍视的那些东西疏离了我们的生活。这种疏离使我们心怀的种种美好走向破灭。就科学而言,科学实验、对实验结果的分析以及对大自然的观测都受制于时间,但是,我们总是假想,通过这些实验与观测,我们可以发现一些证据,用以证实独立于时间的自然规律。这一悖论也将改变我们作为个体、家庭成员以及公民的行事方式。这是因为,我们如何理解时间决定了我们如何思考未来。

    在本书中,我希望通过一种全新的方式解决以上悖论。对我而言,时间以及时间的流逝是真实且根本的,而对永恒真理、永恒世界的信仰与向往,不过是虚无的神话。

    接受时间的真实性意味着接受一个新的现实观:构成现实的元素只能是属于每一个瞬间的真实。这一观点相当激进。它否认了一切自认为永恒的存在与真理,无论它们关乎科学、数学、道德或是国家体制。所有的存在与真理必须融入时间,重新构思以表现它们有限的真实性。

    接受时间的真实性也意味着承认一个残酷的事实:我们描述宇宙运行的基本理论并不完备。接下来的内容,当我强调时间的真实性时,其实是以下面的假设为基础的:

    宇宙中的所有真实都是关于某一个瞬间的真实。这些瞬间的串联,构成了时间。

    过去曾经是真实的,但已经不再真实。这并不影响我们对于过去的分析与诠释,因为我们可以于当下寻获过去留下的痕迹。

    未来尚不存在,因而一切皆有可能。我们可以理性地作出一些推断,却不可能完全预测未来。未来可以超越一切基于经验所作出的预言,创造出全新的现象。

    没有什么可以超脱于时间之外,自然规律也不例外。自然规律并非亘古不变,与万事万物一样,它们仅仅关乎现在,随时间的流逝而改变。

    在本书的最后,我们会发现以上假设为物理学的发展指明了一条新的途径。在我眼中,这一途径可以使理论物理学和宇宙学摆脱当下陷入的泥沼。这些假设也会影响我们对生活的理解和应对人类所面临挑战的方式。

时间重生,迎接全新的可能性

    无论是在科学领域还是非科学领域,时间的真实性似乎都影响深远。为了理解这一点,我会比较两种思维方式,一种是紧随时间式思维(thinking in time),另一种则是跳出时间式思维(thinking outside time)。真理超脱于时间甚至是超脱于宇宙的观点,自古以来长盛不衰。巴西哲学家罗伯托·昂格尔(Roberto M. Unger)称之为“长青哲学”(the perennial philosophy)。这一观点也是柏拉图哲学的精髓。在柏拉图所著对话录《美诺篇》(Meno)中,一则关于奴隶男孩与方块几何学的寓言便是一例阐释。在这则寓言中,苏格拉底指出,所有的发现都不过是对前世的回忆。

    当跳出时间思考时,我们总会设想,那些我们沉思良久的问题的答案,就存在于一个由永恒真理所组成的世界中。这些问题有时是如何成为一个好爸爸或好妈妈,有时是如何成为一个好妻子或好丈夫,有时是如何成为一名好公民,有时是如何让社会以一种最佳的组织方式运行。我们总是相信,世上存在着一些始终如一的真理,等待着我们去发现。

    当科学家们试图发明新的理论去解释新的现象,或是发明新的数学结构去表达新的理论时,他们的思维总是紧随于时间。而依照跳出时间式思维的观点,在我们发明这些新的理论或结构之前,它们早已存在。反之,如果我们遵循紧随时间式思维,以上假设就显得没有必要。

    在人们日常的思考和行动中,跳出时间式思维和紧随时间式思维之间的反差非常明显。当遇到技术层面或社会层面的问题时,我们的思维常常会跳出时间,我们会相信世上早已存在一个绝对的真理体系,这一体系确定了各种问题的解决方案。如果有人相信正确的经济学理论、政治学理论早已被几个世纪前的先哲所确立,那么他的思维就跳出了时间。反之,如果我们认为政治学的目的在于解决社会中不断浮现的新问题,那么我们的思维就是紧随时间的。紧随时间式思维也意味着,我们相信人类有能力不断对观念、战略或是社会组织结构进行创新,这些创新推动了科技、社会和自然科学不断前进。

    如果我们毫无保留地接受各种社会组织的结构、习性及官僚体制,仿佛它们天生就该如此,那么我们便陷入了跳出时间式思维的陷阱;当我们意识到每一个社会组织的特征都由它的历史所决定,此时我们又重新开始紧随时间。后者使我们意识到,每一个社会组织的每一个特征都是有商榷余地的,这些特征应当被不断进行的创新所改进。

    如果我们相信物理学的使命在于发现永远成立的数学公式,并以此描述宇宙的各个层面,那么这就意味着关于宇宙的真理存在于宇宙之外。对于这个想法,我们已经习以为常,以至于我们意识不到它所隐藏的荒谬之处:如果所谓宇宙是包罗万象的集合,那又怎么会有存在于宇宙之外、却可以描述宇宙运行真理的存在?而另一方面,假设我们承认时间的真实性,那么再也没有数学

    公式可以完美地描述这个世界的方方面面。这是因为,真实的世界始终关乎某一个瞬间,而数学公式并不具备这一特点。

    达尔文的生物进化论是紧随时间式思维的典范。进化论的核心指出,自然过程可以随时间演化而产生出全新的结构,当这些新结构依赖于新理论时,进化论便演生出了新的自然法则。性选择便是一个例子。在有性别差异之前,这一法则并不存在。进化论的动力学基础并不需要囊括所有的物种、基因序列、蛋白质结构、生物学规律等庞大的数据空间。正如理论生物学家斯图亚

    特·考夫曼(Stuart A. Kauffman)所指出的那样,进化动力学(evolutionary dynamics)应当被理解为,生物圈在每一个瞬间对下一个瞬间的探索,此即“相邻可能”(adjacent possible)。这种相邻可能同样适用于解释科技、经济以及社会的演化与发展。

    紧随时间式思维并不是相对主义(relativism),它是一种关系主义(relationalism)。关系主义认为,对于事物最真实的描述在于指明事物与其所在系统中的其他事物之间的联系。无论事物是来自进化,还是来自人类的想象,一旦被创造,它们所代表的真理就既是客观的,又是依赖于时间的。

    就个人而言,坦然接受人生的跌宕起伏,将其视为生命必要的代价,这是紧随时间式思维。拒绝不确定性,反抗不安全感,绝不愿冒丝毫风险,幻想可以消除人生道路上的所有危险,这是跳出时间式思维。在机遇与危险夹缝中的生活,才是人类的体验。

    在这个充满不确定性的世界中,我们竭尽所能地努力生存,守护我们的所爱,及时行乐于这样的人生;我们制订种种计划,却总会遭遇预料之外的危险与机遇。佛经中有火宅喻,房子已经起火,身处其中的我们却浑然不知。每时每刻,生活中的危险都可能不期而至,这在史前社会非常普遍。现代社会,各种社会组织的建立使得危险不断减少。然而,从数量巨大的潜在危险中明智地选择出真正值得担心的危险,成了我们的新挑战。同时,生活中的机遇也在不断向我们袭来,下一步到底应该做什么,这又是一个关于选择的挑战。我们总是想选择值得全身心投入的机遇,但我们已有的知识总是不足以推断出选择的可能结果。

    我们可以做得更好吗?我们可以克服生活的变化无常,抵达一个充满确定性的世界吗?在那样的世界中,我们并不祈求全知全能,但我们希望看清选择所带来的一切结果。换句话说,我们可以获得一个理性且没有意外的人生吗?如果时间仅仅是一个假象,我们或许可以获得这样的生活。在那样的世界中,时间可有可无,现有的知识与未来的知识没有本质上的差别。预言未来只需要多做几步计算。总会有一些公式与参数能够帮助我们推算出我们希望知道的一切。

    如果时间是真实的,仅凭现有的知识就无法断定未来,就没有任何方法能够帮助我们摆脱这一现实。很大程度上,我们对自身行动的结果一无所知,也没有任何方法可以将我们从这些无知所造成的意外中救赎。世上充斥着意外。无论我们储备了多少知识来预测未来,大自然都可以轻松地将我们带入预料之外。另一方面,在这样的世界中,新鲜事物是真实的。借助想象力,我们可以进行创新,创新的结果将超越基于现有知识所进行的一切计算。此时,时间是否真实变得与我们每个人的生活息息相关。人类自视为幸福的追求者、未知宇宙的探索者,以上问题的答案将改变我们的这些看法。在本书最后,我将回到这一主题。届时,我会探讨引入时间的真实性,看它是否能够帮助我们解决气候变化、金融危机等人类面临的种种挑战。

让我们一起穿越时间之旅

    在转入本书的正文部分之前,我还有一些建议。

    我希望没有数学或者物理学背景的读者也能了解本书的观点,因此,本书不涉及公式,仅包含理解观点所需要的必要知识。我会尽量用最简单明了的例子阐明最为关键的问题。当我们转入更加复杂的主题时,如果读者感到困惑,我建议读者略读或跳过相关章节,直接进入相对容易理解的部分。希望了解更多背景知识的读者可以登录我的在线资料库,获得更多相关资料;读者也可以查阅本书的参考文献部分,它们包含了本书引用的相关资料、一些有用的观点和评论,以及一些有趣的延伸讨论。

    我的这段时间之旅,已经行进了20 多年。这段旅程起源于我认识到,对自然规律的完全理解势必要与自然规律的演化相联系。在这个旅途中,我经历了与相对论、量子力学诠释以及量子引力的几番“苦战”。最终,这段旅程将我引至本书所呈现的观点。与同事、朋友的合作和对话使得我在这条崎岖道路上得以前进。相关部分中,我将引用他们的研究结果与观点。在这些交流与互动中,与罗伯托· 昂格尔的合作最具挑战性,也最使我受益匪浅。在此期间,我们构思了时间重生的主要论点,以及由此演生的许多重要观点。

    读者们需要注意,本书并没有讨论时间、量子力学和宇宙学等主题的所有方面,而且,本书所触及的主题已经被大量有关物理学、宇宙学和哲学的著述所涵盖。我并不试图将本书装扮成一本学术著作,对于刚刚涉猎这一领域的读者,我只会给他们指明唯一一条穿越迷宫的道路,并仅会强调这一道路所关注的论点。这也就是说,举个例子,本书不会分析哲学家伊曼努尔·康德(Immanuel Kant)的时空观,尽管有关康德时空观的分析早已汗牛充栋。同样,本书也不会介绍当代哲学家的时空观。在此,我希望,我所有博学的朋友们能够原谅我的这些遗漏。对这些观点感兴趣的读者可以通过网络或者图书馆,查阅更多相关资料。


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