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《时间的秩序》

卡洛·罗韦利

導出from: 微信讀書

也许时间是最大的奥秘

◆ 时间的结构也并不像它看起来那样，它并不是均匀统一地流动。

◆ 为什么我们记得过去，而非未来？是我们存在于时间之内，还是时间存在于我们之中？说时间“流逝”到底意味着什么？是什么把时间与我们作为人的本性，与我们的主观性联系在一起？ 当我倾听时间的流逝时，我到底在倾听什么？

1．统一性的消失

◆ 时间的流逝在山上要比在海平面快。

◆ 变慢的不只是钟表，在较低的位置，所有进程都变慢了。

◆ 在平原上生活的这位度过的时间更少，变老得更慢，他的布谷鸟报时钟的机械装置振动的次数更少。他可以用来做事的时间更少，他种的植物长得更慢，思绪得以展开的时间更少……时间在较低位置比较高位置要少

◆ 这让人感到惊讶吗？也许吧。但世界运行的方式就是如此。在一些地方，时间流逝得慢一些，在另一些地方则快一些。

◆ 先于观察就理解某种事物的能力，是科学思想的核心。

◆ 我们认识到，一些看似不证自明的事，实际上仅仅是偏见。

◆ 太阳和地球并没有直接相互吸引，而是分别对它们之间的事物产生作用。

◆ 既然在它们之间存在的只有空间与时间，他猜想太阳和地球都改造了周围的空间和时间，就像一个物体浸入水中会把周围的水排开。对时间结构的改造进而影响了物体的运动，使得它们“落”向彼此。（这是广义相对论的精髓）

◆ “时间结构的改造”是什么意思呢？它指的就是上文提到的时间的延缓：物体会使它周围的时间变慢。地球是个庞然大物，会使其附近的时间变慢。

◆ 在时间流逝一致的地方，比如星际空间，物体不会下落，它们会浮在空间中。而在我们的星球表面，物体会自然倾向于向时间流逝更慢的地方运动，

◆ 物体会下落，是由于在较低的位置，时间被地球减慢了。注1

◆ 牛顿引力只遵循度规g00时间部分的修正，即局部时间延缓。这些度规的测地线描绘了物体下落：它们向势能最低、也就是时间延缓的地方弯曲

◆ 存在的是两个时间，相对于彼此在变化。没有哪一个比另一个更真实。

◆ 但并不是只有两个时间，时间有很多：空间中的每个点都有不同的时间。

◆ 在物理学中，一个特定时钟测量的特定现象中的时间称为“固有时”（proper time）。每个钟都有其固有时。每个出现的现象都有其固有时，有它自己的节奏。

◆ 例如（ttable-tground）=gh/c2tground，其中c是光速，g=9.8m/s2是伽利略的加速度，h 是桌面（table ）的高度。

◆ 我们并不描述世界在时间中演化的方式：我们描述的是事物在当地时间（local time）中演化的方式，以及当地时间相对于彼此如何演化。

◆ 两个事件之间经历的时间并不是单一一个时间，就如同两个先分开再放到一起的时钟。

◆ 物理学并不描述事物“在时间中”如何演化，而是描述事物在它们自己的时间中如何演化，以及“时间”相对于彼此怎样演化。

◆ 它们也可以用单独的变量t，即“时间坐标”写出，但此处并不表示时钟测出的时间（由ds决定，而非dt），而且有可能在不改变所描述的世界的情况下随意改变。这个t不代表一个物理量。钟表测量的是沿着宇宙线γ的固有时，由给出。这个量与ds 的关系后文还会进一步讨论

2．方向的消失

◆ 方向的消失

◆ 在世界的运行机制中，把已经存在的过去与尚未存在的未来区别开的，是什么呢？对我们来说，过去与未来为何如此不同？

◆ 不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。

◆ 此处的关键点在于其与物体下落时的区别，例如，一个球可能会下落，但它也会反弹回来，热量则不然。

◆ 在世界的基本方程中，仅仅在有热量的地方，时间之矢才会出现。因此时间与热量的联系是根本性的：每当过去与未来的差别显现，都会有热量参与其中。如果一个过程倒过来看很荒谬，那么一定有东西被加热了。

◆ 如果一段影片中有一只球在滚动，我无法分辨影片是正常放映还是在倒放。但是如果球停了下来，我就知道是正着播放的。倒放的话，这就是不可能发生的事：球自己动起来了。球减速到最终静止下来，是由于摩擦，摩擦生热。只有在有热量的地方，才会有过去与未来的差别。

◆ 克劳修斯引入了一个量，来量度热量的单向不可逆过程。由于他是个很有学识的德国人，他用了古希腊语“熵”为之命名

◆ 在孤立系统中会增加或保持不变，但永不减少。为了表示它永不减少，我们可以这样写： ΔS≥0

◆ 2021/01/24发表想法

熱振动导致原子排序从有序到无序 并且只会越来越无序 但是什么定义了 “顺序”？

原文：我们看着杯中的水，就像宇航员从月亮上看着地球：宁静，闪闪发光，湛蓝。在月球上，无法看到地球上生机勃勃的生命，无法看到植物与动物，无法看到欲望与绝望，只能看到一个蓝色的球体。在一杯水的表面之下，也有着类似的勃勃生机，由无数分子的运动构成——远比地球上的生物更多。 这种扰动让一切都动了起来。如果某个区域的分子是静止的，就会被附近疯狂的分子带动，也运动起来：振动会传播，分子之间相互碰撞。这样，低温物体与高温物体接触后就被加热了：低温物体的分子被高温物体的分子推动，躁动起来。它们升温了。 热振动就像在不停地洗一副牌：如果牌是按顺序排列的，洗牌的过程就会把顺序打乱。这样，通过洗牌——借助万物自发的无序化，热量就从高温物体传向了低温物体，而非反之。熵的增加只不过是普遍又常见的无序的自然增长。 这就是玻尔兹曼领悟到的内容。过去与未来的区别不在运动的基本规律里，也不在自然的深层法则中。是自然的无序化导致了越来越非特定、不特殊的情形。

◆ 我们看着杯中的水，就像宇航员从月亮上看着地球：宁静，闪闪发光，湛蓝。在月球上，无法看到地球上生机勃勃的生命，无法看到植物与动物，无法看到欲望与绝望，只能看到一个蓝色的球体。在一杯水的表面之下，也有着类似的勃勃生机，由无数分子的运动构成——远比地球上的生物更多。 这种扰动让一切都动了起来。如果某个区域的分子是静止的，就会被附近疯狂的分子带动，也运动起来：振动会传播，分子之间相互碰撞。这样，低温物体与高温物体接触后就被加热了：低温物体的分子被高温物体的分子推动，躁动起来。它们升温了。 热振动就像在不停地洗一副牌：如果牌是按顺序排列的，洗牌的过程就会把顺序打乱。这样，通过洗牌——借助万物自发的无序化，热量就从高温物体传向了低温物体，而非反之。熵的增加只不过是普遍又常见的无序的自然增长。 这就是玻尔兹曼领悟到的内容。过去与未来的区别不在运动的基本规律里，也不在自然的深层法则中。是自然的无序化导致了越来越非特定、不特殊的情形。

◆ 在时间的两个方向之中，为什么我们称之为过去的这个，其事物更有序？宇宙这副牌，为什么在过去是更有序的？为什么在过去，熵要更低一些？

◆ 但为什么我们在宇宙中观测到的现象最初都处在熵较低的状态呢？ 现在我们来到了关键之处。如果一副牌的前二十六张都是红色的，后二十六张都是黑色的，我们就把这些牌的排列称为“特殊的”“有序的”。洗牌之后，顺序就消失了。最初有序的排列就是“低熵”的排列。但是请注意，如果我们观察的是牌的颜色——红或黑，那么它是很特殊的，因为我们正把注意力放在牌的颜色上。如果前二十六张牌都是红桃和黑桃，那么这种排列也很特殊。

◆ 但为什么我们在宇宙中观测到的现象最初都处在熵较低的状态呢？

◆ 只有当我们以一种模糊与近似的方式看待宇宙的时候，“特殊性”的概念才会出现。

◆ 玻尔兹曼说明了熵之所以会存在，是因为我们以一种模糊的方式描述世界。他证明了熵就是我们模糊的视野无法区分的不同排列的数量。热量、熵、过去的低熵都是近似地、统计性地对自然进行描述的概念。

◆ 是的。如果我去观测事物的微观状态，那么过去与未来的区别就会消失。比如，未来的世界由现在的状态所决定，过去也是如此。我们经常说原因先于结果，然而在事物的基本层面，“原因”与“结果”之间没有区别。（这一点将会在第十一章中更详细地谈到）规律，也就是我们所说的物理定律，联系着不同时间的事件，但在过去与未来之间，它们是对称的。在微观描述中，说过去与未来不同是没有意义的。

◆ 过去与未来的区别只适用于我们对世界模糊的观察。

◆ 对于过去，我了解的与不了解的，与未来同样多，这可能吗？即使把我们对世界的感知经常出错这个事实考虑进来，世界真的与我们感知的如此迥异吗？

◆ 一切与时间流逝有关的现象都被还原为过去的一个“特定”状态，而这个状态的“特殊性”很可能是由于我们模糊的视野。

◆ 熵仅仅是我们模糊的视野无法识别的微观状态的数量。

◆ 二十五岁就被任命为大学教授；在成功的巅峰受到君主的接见；被不理解他观点的学术界主流严厉批评；总是在热情与忧郁间摇摆不定——“亲爱的甜心小胖”，路德维希·玻尔兹曼，以上吊的方式结束了自己的生命。在的里雅斯特[插图]附近的杜伊诺，他终结了自己的生命，那时他的妻女正在亚得里亚海中游泳。几年以后，就是在这个杜伊诺，里尔克写出了他的《哀歌》。

3．当下的终结

◆ 数学家已经知道麦克斯韦方程组这个奇特的性质[插图]，但没有人理解其中的含义。爱因斯坦理解了其中的意义：t是当我静止时流逝的时间，静止时事件发生的节奏，就像我自己；t′是“你的时间”，伴随你一起运动时事件发生的节奏。

◆ 对于一块静止的手表和一块运动的手表，时间会是不同的

◆ 对运动的物体而言，时间会收缩。

◆ 不仅不同地点没有一个单一的时间——甚至对同一个地点而言，单一的时间都不存在。时间长短只与拥有既定轨迹的物体的运动有关。

◆ 在比邻星b上，并不存在一个特定的时刻，与此时此地的当下相对应。

◆ 我们的“当下”不会延伸到整个宇宙，它就像我们周围的一个气泡。 这个气泡可以延伸到多远呢？取决于我们限定时间的精确程度。

◆ 作为人类，我们对几十分之一秒都很难分辨出来，我们可以把整个星球都看作同一个气泡，在谈及现在时，可以认为对我们而言这是同一个瞬间。这就是我们可以做出的最大限度的近似。

◆ 认为有个定义清晰的“现在”遍存于整个宇宙的观念是个幻觉，是我们根据自身经验做出的不合理的推断。

◆ 在行星之间的空间里，如果我要问“这两块石头高度相同吗”，正确的回答应该是：这个问题没有意义，因为在整个宇宙中并没有关于“相同高度”的统一概念。

◆ 对于父子关系建立的长幼次序，数学家有个术语：偏序。偏序在特定元素之间建立先后关系，而不是在任意两个元素之间。

◆ 有个由她的祖先组成的圆锥状的“过去”，也有个由她的子孙后代构成的圆锥状的“未来”。那些既非祖先也非子孙的人在圆锥外面。

◆ 狭义相对论发现，宇宙的时间结构就像父子关系建立的圆锥那样：它在宇宙事件之间建立起的次序是局部的，而非整体的。延展的现在就是一系列既非过去亦非未来的事件，它确实存在，正如有些人既不是我们的祖先也不是我们的子孙。

◆ 简而言之，一个共同的当下并不存在：时空的时间结构并不是像这样的分层：  而是完全由光锥组成的结构：

◆ 这就是爱因斯坦二十五岁时理解的时空结构。 十年之后，他意识到，时间流逝的速度在不同地方是不一样的。因此时空并没有上图勾勒出的那样有序，而是会被扭曲。现在看起来更像是这样：  例如，当引力波经过时，小光锥就会从右向左一起振动，就像风吹过麦穗。

◆ 以这种方式，朝向未来的连续轨迹返回最初的事件，也就是起点。

◆ 在黑洞附近，所有的线会朝它汇集，像这样：  这是因为黑洞的质量把时间减慢到相当慢的程度，以至于在边界处（称作“视界”），时间都静止了。如果近距离观察，会发现黑洞表面与光锥边缘平行。因此，为了从黑洞逃出来，你需要朝着现在运动（像下图中标出的黑色轨迹），而不是朝着未来！

◆ 2022/07/15发表想法

存在主义 be like: that sounds familiar （不是xx）

原文：如果“现在”没有意义，那么宇宙中“存在”着什么呢？这里的“存在”不正是“在现在”的意思吗？认为宇宙以特定结构存在于现在，并且伴随着时间流逝而改变，这种观念再也站不住脚了。

◆ 如果“现在”没有意义，那么宇宙中“存在”着什么呢？这里的“存在”不正是“在现在”的意思吗？认为宇宙以特定结构存在于现在，并且伴随着时间流逝而改变，这种观念再也站不住脚了。

4．独立性的消失

◆ 巴黎的一个火车站保留着属于它自己的时刻，比巴黎的其他地方晚一点，体现出对迟到旅客的善意

◆ 19世纪，电报出现了，火车变得很普遍，也很快捷，城市之间的时钟同步就成了问题。如果每个车站显示的时间都不相同，管理火车时刻表就会很尴尬。标准化时间的首次尝试是在美国

◆ 已知的第一个问出“时间是什么”的人是亚里士多德，他得到的结论如下：时间就是对变化的量度。

◆ 牛顿：即使没有变化，也有时间在流逝

◆ 这两种思考时间的方式，哪一种可以让我们更好地理解世界？两种概念体系，哪种更有效？

◆ 牛顿的基本方程是F=md2x/dt2。（请注意，时间t是平方，这表明，方程不会区分t和-t′也就是说，在时间中前进或倒退是相同的，像我在第2 章解释的那样。）

◆ 说到底，亚里士多德与牛顿并没有在讨论什么深奥的形而上学，他们只不过是用出于两种不同直觉却同样精巧的方式看待我们周围的世界：是否把空气考虑在内，又是否把它们转化为空间的定义。

◆ 牛顿“绝对的、真实的、数学的”无事发生时也会流逝的时间，真的存在吗？如果存在，它与这个世界上的其他事物不同吗？它独立于其他事物吗？

◆ 时空就是引力场，反之亦然。像牛顿凭直觉意识到的那样，它可以独立存在，即便没有任何物质。但与牛顿所认为的不同，它与世界上的其他物质并没有什么区别，它们都是场。与其说世界画在一张帆布上，不如说世界是多层帆布的叠加，引力场只是其中一层。和其他场一样，它既不是绝对的，也不是均匀的、固定的，它会弯曲、伸展、与其他场相互碰撞与推拉。方程可以描述这些场之间的相互作用，时空就是这些场中的一个。

◆ 亚里士多德的正确之处在于，他认为“何时”与“何地”的确定总是与某个事物相关联，但这个事物也可以只是场，即爱因斯坦的时空实体。因为这是种动态、实在的实体，与其他作为参照物的实体一样，我们可以以此明确自己的位置，正如亚里士多德观察到的那样。

5．时间量子

◆ 甚至过去、现在、未来的区别都可以涨落，变得不确定。正如一个粒子可以弥漫在空间中，过去与未来的区别也可以涨落：一个事件可以同时在另一事件之前与之后

◆ 2021/01/30发表想法

让我想到了刘慈欣写的球状闪电：原先不在那的闪电，只有在被看到的时候才会出现 同时又想到了双缝干涉实验 被观察时的光条和未被观察的光条数量不一致

原文：“涨落”并不意味着现象永远不能确定下来，而是说它只能在特定时刻、以某种不可预知的方式确定下来。当量子与其他事物相互作用时，不确定性就消失了。

◆ “涨落”并不意味着现象永远不能确定下来，而是说它只能在特定时刻、以某种不可预知的方式确定下来。当量子与其他事物相互作用时，不确定性就消失了。

◆ 决定时间段与物理间隔的物理基础——引力场，不仅受到质量的动态影响，它本身也是一种没有确定值的量子实体，直到它与其他物体相互作用。当发生相互作用时，只有对与之相互作用的物体来说，时间才是分立的、确定的；对宇宙的其余部分，它们仍然是不确定的。

◆ 不存在单一的时间，每个轨迹都有自己的持续时间；根据位置与速度，时间会以不同节奏流逝；它是没有方向的：在世界的基本方程中，过去与未来的区别并不存在；方向性只在我们进行观察并忽略细节时偶然出现。在这种模糊的视角下，宇宙的过去处于一种奇特的“特定”状态。“当下” 的概念不再奏效：在广袤的宇宙中，没有我们可以合理地称为“当下”的东西。决定时间长度的物理基础不是一个区别于世界其他组成部分的独立实体，而是动态场的一个方面。它会跳跃、涨落，只在相互作用时实体化，在最小尺度之下无法被发现……

6．世界由事件而非物体构成

◆ 时间失去的这些部分（统一性、方向性、当下、独立性、连续性）并没有让这一事实受到质疑：世界是事件的网络。一方面，许多结论都表明时间存在；另一方面，一个简单的事实是，没有物体存在，而是事件发生。

◆ 以不同速率运转的时钟不显示同一时间，但每个时钟的指针都相对于其他指针在变化。基本方程里不包含时间变量，但包含相对于彼此正在变化的变量。

◆ 整个科学的发展都表明，思考世界的最佳方式应该基于变化，而非不变。不是存在，而是生成。

◆ 是一种领悟，认识到无常的普遍性，而不是一切在静止的时间里停滞。

◆ 物体与事件的区别在于，物体在时间中持续存在，而事件的持续时间有限。

◆ 一个人呢？当然也不是物体，就像山上的云，它是食物、信息、光、语言等进进出出的复杂过程……它是社会关系、化学过程、情感交流网络中的一个结点。

◆ 但我们研究得越多，越难以从“存在的东西”这个角度去理解世界，而从事件之间的关系来理解世界却容易得多。

◆ “物体”本身仅仅是暂时没有变化的事件

◆ 如果我们所说的“时间”只表示“发生”，那么一切皆时间。时间之内别无他物。

8．以关联为动力

◆ 天空的颜色，地球穹顶之下星辰的数量，一节竹子的弹力，火车的速度，一只手压在肩膀上的压力，失去的痛苦，钟表指针的位置，天空中太阳的高度……这些才是我们描述世界的术语。

◆ 如果想进行科学研究，我们需要的是一种理论，可以告诉我们这些变量相对于彼此如何变化，也就是说当其他变量变化时，某个变量会怎样变化。世界的基本理论必须这样来建构，并不需要时间变量，只需要告诉我们事物相对于彼此变化的方式，也就是告诉我们这些变量之间的关系是怎样的。

◆ 量子引力的基本方程就是这样构建的，其中不包含时间变量，而是通过指出变量之间的可能关系来描述世界

◆ 这就是力学的基本形式，无须提到“时间”。不含时间的世界并不复杂，它是个相互关联的事件网络，其中的变量遵循概率法则，而我们居然在很大程度上知道怎样来描述。这是个清澈的世界，清风吹过，美丽如峰峦，亦如少年龟裂的嘴唇。

10．视角

◆ 我们对世界的视野之所以是模糊的，是因为我们所处的这部分世界与其余部分之间的相互作用会无视很多变量。

◆ 这并不意味着模糊只是一种心理上的构想，它依存于实际的、真实存在的物理作用。熵不是个任意或主观的量。它是个相对量，就像速度。

◆ 世界的熵并非只取决于世界的状态，也取决于我们模糊世界的方式，而这又取决于我们与哪些变量相互作用，即我们这部分世界与变量的相互作用。

◆ 这一事实开启了一种可能性：也许并不是宇宙在过去处于一种特殊状态，也许其实是我们，以及我们与世界的相互作用，才是特殊的。是我们决定了特殊的宏观描述。宇宙最初的低熵，以及时间之矢，也许更多源于我们，而非宇宙本身。基本的理念就是如此。

11．特殊之处会出现什么

◆ 让世界运转的不是能源，而是低熵源。没有低熵，能量会稀释成相同的热量，世界会在热平衡态中睡去——过去与未来不再有分别，一切都不会发生。 在地球附近，我们有着丰富的低熵源——太阳。

◆ 整部宇宙史都由这种断断续续的或急剧的熵增组成，既不迅速也不均匀，因为一切会一直陷在低熵的凹地里（木头、氢云），直到某样东西把大门打开，让熵增过程出现。熵增本身也会打开新的大门，由此熵继续增加。

◆ 存在的是过去的痕迹，而非未来的痕迹，仅仅是因为过去的熵较低。不可能有其他原因，因为过去与未来之间区别的唯一来源就是过去的低熵。

13．时间的来源

◆ 因此，在许多我们可以谈论的时间里，最终只能谈论一个——我们经验的时间：均匀、统一、有序。这是作为人类从我们的特殊视角对世界做出的近似、近似再近似的描述，我们人类依赖于熵的增加，被固定于时间之流。我们就如《圣经·传道书》所言，生有时，死有时。

◆ 但在寻找时间的途中，我们朝着远离自己的方向进发，最终却发现与我们自己有关的事物。也许就像哥白尼那样，研究天空的运动，最终却搞清了脚下地球的运动。也许最终，时间的情感维度并不是阻碍我们客观地理解时间本质的迷雾。 也许时间的情感正是时间对我们而言的样子。

安眠的姊妹

◆ 理性阐明了这些关联，但并不产生它们。

◆ 但驱使我们的并不是对生命的反思，而是生命本身。

◆ 我们的思维受制于自身的弱点，更受制于自身的语法。

◆ 对我来说，这一切合理又美妙。这就是时间。