宇宙探秘 [《易经》宇宙探秘]

　　时间的起点和终点 　　 　　爱因斯坦广义相对论中出现的时空血率无限大的“奇点”，显然预言了时间有起点和终点。宇宙是从“奇点”爆炸诞生的，那就是宇宙的开端，即时间的起点。
　　但是，包括爱因斯坦本人在内的许多理论物理学家部认为，时间在两个方向上都必须是无限的，否则就会出现“宇宙创生”这样令人不安的问题。爱因斯坦广义相对论在奇点处失效，因此，它不能用来预言宇宙是如何开端的。因而，时间起点问题似乎在科学王国之外了。人们担心这会再次落入哲学家伊曼努尔・康德的“纯粹理性的二律背反”，也担心时间开端需要借助上帝之手。
　　对宗教来说，宇宙(时间)仅仅是在几千年前创生的，那时的宇宙形态多少与现在相同。这就引起德国思想家康德(他相信宇宙已经存在了无限久时间)的忧虑：如果宇宙确实是在几千年前创生的，为什么在创生前要等待无限久?如果宇宙已经存在了无限久，那么，为什么该发生的每一件事情不早已发生，使得历史早已结束?特别是，如果宇宙已存在了无限久，那为什么宇宙还没有达到热平衡，使得万物具有相同的温度?这似乎是一个逻辑矛盾。因此，康德把它称作“纯粹理性的二律背反”。
　　1963年，苏联的两位科学家叶・利弗席兹和艾・哈尼科夫宣称，他们证明了所有代表宇宙的爱因斯坦方程的解，都避免了“奇点”。宇宙在膨胀之前有一个收缩相，那时物质向一处下落，但在相互挤在一起之前，又开始膨胀，物质重新相互分离。这样，宇宙就没有开端，时间有无限的过去和将来。在他们看来，宇宙开端不属于科学王国，而是属于形而上学和宗教
　　斯蒂芬・霍金等人则认为，必须在科学的基础上理解宇宙的开端(时间的起点)。科学定律如果在宇宙开端处失效，它也可以在其它时间失效。科学定律如果只能在有时成立，则它不能称为定律。科学定律应放之宇宙而皆准。爱因斯坦广义相对论在宇宙奇点处失效，是因为它没有与量子理论(特别是不确定性原理)相结合。
　　1969年，霍金和彭罗斯从爱因斯坦广义相对论弯曲时空的全局出发，探索宇宙的起源和归宿，他们在爱因斯坦广义相对论的数学模型中证明，时间必须有大爆炸起点。在此之前，彭罗斯已经证明，当恒星和星系在自身引力作用下坍缩成黑洞时，时间在黑洞奇点处终结。霍金在此基础上推论，黑洞的情况适合于整个宇宙，时空有一个终点。
　　我们知道，时间的流逝与宇宙的几何空间一样，都是由宇宙中的物质和能量(即运动速度)决定的。对相对静止的物体来说，运动中的物体的时间会膨胀。在空间飞行器上的钟表确实比在地球上的钟表走得慢。时间也可被引力(即质量)所压缩，引力(质量)越大的物体，对时间的扭曲(压缩)越大，当达到一定的临界值时，时间就会被冻结，黑洞有着强大的引力，时间在黑洞表面被冻结了。黑洞是通向永恒的近路。进入黑洞的人在一瞬之间就达到了时间的终点――中心奇点。时间在黑洞奇点的终结是宇宙时间终结的缩影。
　　时间与有形的宇宙空间从大爆炸奇点同时诞生(即时间的起点)，在宇宙开端之前没有时间；时间在宇宙消亡的大挤压点消亡(即时间的终点)，在宇宙消亡后也没有时间。
　　霍金指出，之所以有“纯粹理性的二律背反”，是因为康德对时间有一个暗含的假设，那就是时间是独立于宇宙之外的。抛弃这个假设，就避开了“纯粹理性的二律背反”
　　在霍金和彭罗斯证明时间有起点和终点以后，利弗席兹和哈尼科夫又宣称，他也们也找到了一组具有奇点的爱因斯坦方程的解，时间有起点和终点。
　　
　　时间箭头
　　
　　我们先来讲农妇养鸡的故事。一位农妇养了一只母鸡，母鸡每天下一个蛋，农妇将鸡蛋收集起来放在一个高处的筐里、当母鸡下完最后一个蛋时，它开始在筐里孵蛋，当第一只小鸡孵出来时，母鸡将筐弄翻了，母鸡飞走了，小鸡和未孵成小鸡的鸡蛋连同筐一起掉在地上，小鸡蹦跳了几下，刚巧跳到火炉中被烧死了，未孵成小鸡的鸡蛋，有的刚刚成为有生命的鸡胚，但被摔死了，有的还未成形，它们遍摊在地上，有的还是液态，因蛋壳被摔碎而流淌，流进地缝中，渗入泥土里，蛋壳碎片满地，除非把这个过程拍成电影然后倒放，否则绝不会看到相反的过程：碎蛋壳一片片地自动拼起来。同时，液态鸡蛋从泥土里和地缝中流回蛋壳中，摔扁的鸡胚胎恢复原来的形状，摔死的胚胎恢复生命，被烧死的小鸡变活，并从火炉中跳出来，钻进蛋壳中。再后，它们又一起回到筐中，筐从地面上升回到高处，母鸡飞回筐中，小鸡和胚胎变成蛋黄，鸡蛋又一个个从筐中转到农妇手中，再排着队一个个回到母鸡腹腔的蛋囊中。
　　上述故事强烈地反映时间有箭头，即向前流逝而不倒退。在日常生活中，我们碰到的时间总是向前的，如物品总是由新变旧、由新鲜变腐烂，生命总是由幼小到老朽，生物进化总是由猿到人，光波和信息总是从过去传向现在和将来，总是先犯错误而后因此后悔，事物总是先有因后有果，如此等等，它们绝不会倒过来。
　　我们从来没有看到过物品由旧变新、由腐烂变新鲜，生命由老朽到幼小，生物进化由人到猿，光波和信息由将来传到现在和过去。先后悔而后回到过去去纠正错误，先有果而后有因的。宇宙中存在着从过去到将来的不对称，即不可逆性。
　　上述一切的根本，是由热力学第二定律决定的。宇宙中的万物(包括宇宙本身)总是由有序走向无序，它们的熵总是无情地在增加，直到达到最大值，即达到热平衡为止。鸡蛋被打碎，蛋液渗到泥土里和流人地缝中，小鸡被烧死，明显地从有序变为无序，熵在增加。
　　也许有人说，鸡生蛋是把许多无序的分子变成有序，鸡孵蛋，将蛋变成小鸡，也是将蛋中的许多分子变得更有序。但是，鸡生蛋是因为它吃了许多食物，使更多的东西变得更无序，增加了宇宙的总熵。母鸡将蛋孵化成小鸡，是消耗了自己的热能带来的，这使母鸡变瘦变老，而母鸡又是消耗许多食物成长起来的，它的成长是以破坏更大的有序换来的。
　　总起来说，一切事物的发展变化，部使宇宙的总熵在增加，使宇宙趋向热平衡。宇宙的热平衡，就是宇宙“热死”、消亡。
　　1927年，英国天体物理学家爱丁顿首先提出“时间箭头”的概念。时间箭头指直宇宙末日。
　　时间箭头指向宇宙末日，这可怕吗?恰恰相反，时间有个箭头(向前)，时间的不可逆性，是今日丰富多彩宇宙的根源。
　　只有有了时间箭头。才会有生命，才会有宇宙中的万物，如果时间没有箭头，时间是可逆的，膨胀一会儿的宇宙很快又收缩了，刚长到几岁的小孩又退缩成婴儿，进化的细胞又退化，整个世界将始终处于混沌之中。
　　有了时间箭头，在混沌中通过暴涨可以产生出一个有序的宇宙，通过自组织等可以产生有机细胞和生命；通过革命和改革建立一个进步的社会，通过引导和竞争使崩溃的经济走向繁荣等等。
　　看来，时间有个箭头是件万幸的事。而人们幻想的“长生不老”、“返老还童”则是违背时间箭头规律的，因为那意味着时间的停滞或倒流。人们不可能将时间的箭头倒转。