那么,一个人在山下生活和在山上生活的确是不一样的,在山上生活的人老得会更快一点。当然这个差别很细微,但你如果能够用更准确的测量仪器来测的话,是能够看得出来的。所以爱因斯坦为什么伟大呢?因为爱因斯坦洞察这一切的时候,还没有这样的计时器。他不是通过发明这个计时器,去测量了才知道这一切的,而是凭脑子想出来的。他通过计算,认为用这种方法能够很好地解释地心引力,这就是爱因斯坦伟大的地方。他颠覆了牛顿原来的解释,我相信牛顿如果地下有知的话,他会非常欣慰,因为牛顿在世的时候,也认为地心引力的解释是不完美的,他没法解释超距作用。你首先要接受这一点,接受了以后就知道,时间的统一性是不存在的。也就是说在高空中,在地面上,时间的统一性不一样。
什么叫熵增?熵是用来度量混乱度的一个大致的说法。鲁道夫·克劳修斯曾经阐述过一条非常著名的定理,就是“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”,这就是热力学第二定律的雏形。“其他任何一条定律都无法做到这一点。掌管力学世界的牛顿定律不行,描述电与磁的麦克斯韦方程组不行,爱因斯坦相对论的引力方程不行,海森堡、薛定谔、狄拉克的量子力学方程也不行。”不行的意思就是它都是可逆的,那些方程都是可逆的。“描述基本粒子的20世纪物理学还是不行……这些方程都无法把过去与未来区分开。如果这些方程允许一系列事件发生,那么也会允许这一系列事件在时间上的逆过程发生。在世界的基本方程中,仅仅有热量的地方,时间之矢才会出现。”
什么叫时间之矢?就是那个箭头。只有在我们描绘熵增这件事情上,我们能够看到什么叫时间的流逝,就是从不混乱变得越来越混乱。这是我们能够看到的唯一的物理学的方程,代表时间的存在。所以,“每当过去与未来的差别显现,都会有热量参与其中” 。这就是热力学第二定律提供给我们的一个时间之矢。
热力学第二定律用公式来表达:ΔS≥0,就是熵永远是要大于或等于0的,这是关于熵增的定律。这是这本书里唯一出现的一个公式,作者已经尽量地减少公式的表达了。他说:“热力学第二定律(就是ΔS永远大于或者等于0),其核心在于热量只能从高温物体到低温物体,而非反过来。”
什么是光锥的概念?我举一个简单的例子,让你们理解什么叫光锥。比如我有一个表哥,我这表哥50多岁,比我大很多——我的辈分大,所以我的表哥跟我是同一辈的,但是他比我大很多。那我表哥的儿子娶了我另外一门亲戚的表妹——假如这不算近亲,就是隔着很远的关系,他们没有血缘关系——他的儿子跟我远房的表妹恰好认识了,两个人结婚了。请问我应该怎么叫我的表哥?这时候你会发现这不行,这传递不下去。就是你们家的父父子子这么传递到这儿来,你再往下,传到你的儿子、孙子,这是一个可以看得出来的家族传承。但是当你加入这么一个差着辈的表哥以后,就不能这样一层一层分了。人类社会不是太祖奶奶、祖奶奶一层一层分过来,能够分得很清楚的。因为可能会有这么一个奇怪的表哥,他在这儿是表哥,在那儿是表舅。
“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。”你注意,牛顿认为,引力场是独立于周围所有其他的场的。不管有没有这桌子,有没有电磁场,时间、空间不会变,但实际上不是。“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。”你注意,有狄拉克场,有电磁场,有引力场,都在帆布上叠加,这就是我们这个世界的真相,有物质的,有光电的,有时空。
这就是我们说,没有时间的世界也依然是可以被我们理解的。用过去的语法来描述现在的时间,会显得特别力不从心,就是你描述这个东西会觉得很费劲。但是爱因斯坦早就在数学上理解了这一切,这人是个超人。所以爱因斯坦在给他的朋友写信的时候写过这么一句话:“像我们这样相信物理的人都知道,过去、现在与未来之间的区别只不过是持久而顽固的幻觉。”他在那个时候,根本不相信有过去、现在和未来的区别。“这种观点现在被称为‘块状宇宙’。”什么叫块状宇宙呢?就是这个宇宙是一个大块,你们在这个大块里边,虽然你们在动,但是从更高的角度来看,你们跟分子差别不大。
人类只有这一条定理,能够告诉我们时间是单向发生的。我们现在坚定地知道,时间是单向发生的。但是接下来要破解的是什么呢?有一个叫作玻尔兹曼的物理学家,他用洗牌的比喻来确定什么叫熵增。比如我们给你一副牌,这副牌前半沓是红的,后半沓是黑的,你是不是觉得这副牌很整齐?现在要求你开始洗牌,洗完了以后你会发现,红的牌跟黑的牌插在一起了,这副牌是不是就变得混乱了?他说这个叫作熵增了,就是它的混乱度提高了。
那么最后一个篇章是给我们带来美好安慰的东西:我们该怎么看待死亡,我们该怎么看待自己的生命?这个作者说:“对我而言,我们对死亡的恐惧是进化的失误。”但实际上,你不需要恐惧死亡。他念了一段诗,就是描述人们死亡的这个过程。最后他说,虽然尘归尘,土归土,“这样很好。我们可以闭上双目,开始休息了。对我来说,这一切合理又美妙。这就是时间。”这就是这本书的结尾最后一句话,就是这一切合理又美妙,这就是时间。
什么叫时间的统一性?我们觉得无论你在哪儿(在中国,在美国,在楼下,在楼上,在喜马拉雅山上),咱们的时间应该是一样的。作者说不对,贴近地面的部分,时间流逝得慢,在山上就比在海平面上时间流逝得快。有一种几千美金的表,就能够很细致地考察这个时间差。你只要放在地面和你的头顶去测量,两者相差这么高(身高)的位置,你就能够发现这个表走的快慢是不一样的,有细微的差别。这个细微的差别所验证的结果是什么呢?就是我们的物质会倾向于走向时间流逝更慢的地方。当所有的东西都倾向于走向时间流速更慢的地方的时候,我们整个人就扎在了地上。我们的东西只要抛出去,就会掉在地面上,它是来自空间和时间的扭曲所带来的力量,而并非来自这个莫名其妙的、可以超距离传播的引力。牛顿也好,爱因斯坦也好,他们都心知肚明,说地心引力其实不存在。
那么,一个人在山下生活和在山上生活的确是不一样的,在山上生活的人老得会更快一点。当然这个差别很细微,但你如果能够用更准确的测量仪器来测的话,是能够看得出来的。所以爱因斯坦为什么伟大呢?因为爱因斯坦洞察这一切的时候,还没有这样的计时器。他不是通过发明这个计时器,去测量了才知道这一切的,而是凭脑子想出来的。他通过计算,认为用这种方法能够很好地解释地心引力,这就是爱因斯坦伟大的地方。他颠覆了牛顿原来的解释,我相信牛顿如果地下有知的话,他会非常欣慰,因为牛顿在世的时候,也认为地心引力的解释是不完美的,他没法解释超距作用。你首先要接受这一点,接受了以后就知道,时间的统一性是不存在的。也就是说在高空中,在地面上,时间的统一性不一样。
“生物也由类似错综复杂的过程构成。光合作用把来自太阳的低熵储存在植物里,动物则‘进食’这些低熵。”动物吃的是植物这些低熵。“如果我们所需要能量胜于低熵的话,那我们就会向撒哈拉的热量进发。”各位听懂这句话吗?作者认为,假如你还像过去一样说“能量最重要,人吃的是能量,根本不是熵,你多吃点能量就好了”,那你完全可以去沙漠里晒太阳呀。沙漠里边晒太阳的能量最多,那个比你吃的任何东西能量都多,但是没有人会说去撒哈拉沙漠晒太阳就能够活下去。所以,我们根本不是靠吃能量活下来的,跟能量无关。我们吃的是低熵食物,低熵的东西进入体内以后把它消化掉,把它熵增掉,我们的生命才能够继续。这样,你就完全换了一个角度思考这个问题。
你想想看,什么叫同时?同时就是我能够观测到、看到她在干什么。我能够看到她的这个行为,通过光速传播过来需要四年的时间。所以你能够看到你的姐姐在做什么,都是她四年前在做的事情。那这时候你会说,“你姐姐现在做的,是你透过望远镜看到了她此刻起,四年之后将要做的”。你自己可以这样去理解。“但并非如此,这也行不通:在你透过望远镜看到她的四年后,在她的时间里,她也许已经返回地球,并且是在未来的十个地球年以后了(是的,这的确有可能!)。可是,现在不可能是未来……”
“我们的’当下’不会延伸到整个宇宙。”什么叫当下?当下就是你身边的一个大气泡,你所谓的当下只能够发生在这个大气泡内。也就是说,你的感知能够感觉得到的同时发生的东西,在这个大气泡笼罩之下,这个当下才有意义。那这个气泡可以有多大呢,可以延伸多远呢?“取决于我们限定时间的精确程度。”假如我们用纳秒来计算,就是我这个人比较挑剔,我要求当下就是不差过一纳秒,那是很低的一个数值。“假如用纳秒,‘现在’的定义只有几米;如果用毫秒(你把这个尺度放大一点,用毫秒的话),那就有几千公里。作为人类,我们对几十分之一秒都很难分辨出来。”就是你看电视,那电视上的画面其实是一帧一帧的,但你没法分辨,我们对于几十分之一秒是没法分辨的。
所以这块石头并不是一个物质,而是一个经历了很长很长时间的事件。这个物理学家讲这个事讲得特别高级,他说:“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。”当你用不变的角度来看待这个世界的时候,你会说“这个东西”“那个东西”,但是当你用变化的角度来看待的时候,是“这个变化”“那个变化”。“我们可以把世界看作由物体、物质、实体这一类东西构成。或者我们可以把它看作由事件、发生、过程、出现组成。它不能够持久,会不断转化,无法在时间中永恒。……这是一种领悟,认识到无常的普遍性,而不是一切在静止的时间里停滞。”
“大量过去痕迹的存在产生了那种熟悉的感觉,(让我们)认为过去是确定的。而不存在任何与之相似的未来痕迹让我们产生一种感觉:未来是开放的。”咱们过去就认为过去改变不了了,已经定了,未来什么样还不一定。“痕迹的存在让我们的大脑可以创造大量过去的地图,未来却没有与此相似的东西。这一事实是我们能够在世界上自由活动这种感觉的根源:在不同的未来之间做出选择,虽然我们无法对过去做些什么。”它解释了我们人类为什么会有时间感,为什么会看到过去,看到未来。
人类只有这一条定理,能够告诉我们时间是单向发生的。我们现在坚定地知道,时间是单向发生的。但是接下来要破解的是什么呢?有一个叫作玻尔兹曼的物理学家,他用洗牌的比喻来确定什么叫熵增。比如我们给你一副牌,这副牌前半沓是红的,后半沓是黑的,你是不是觉得这副牌很整齐?现在要求你开始洗牌,洗完了以后你会发现,红的牌跟黑的牌插在一起了,这副牌是不是就变得混乱了?他说这个叫作熵增了,就是它的混乱度提高了。
那么什么是真正的现在?“在遥远的地方,‘现在’正发生着些什么呢?比如说,假设你姐姐去了比邻星b(比邻星就是离地球很近的一颗行星)——这颗目前发现的距离我们大约四光年的行星,那她‘现在’在比邻星b上做什么呢?”假如你的姐姐生活在比邻星b上,离咱们有四光年,你能不能够想象出来,你在这儿讲书,她在那儿干吗?作者说:“唯一正确的答案是,这个问题没有意义。就好像我们身处威尼斯,却问:‘这里是北京的哪里?’”
什么是光锥的概念?我举一个简单的例子,让你们理解什么叫光锥。比如我有一个表哥,我这表哥50多岁,比我大很多——我的辈分大,所以我的表哥跟我是同一辈的,但是他比我大很多。那我表哥的儿子娶了我另外一门亲戚的表妹——假如这不算近亲,就是隔着很远的关系,他们没有血缘关系——他的儿子跟我远房的表妹恰好认识了,两个人结婚了。请问我应该怎么叫我的表哥?这时候你会发现这不行,这传递不下去。就是你们家的父父子子这么传递到这儿来,你再往下,传到你的儿子、孙子,这是一个可以看得出来的家族传承。但是当你加入这么一个差着辈的表哥以后,就不能这样一层一层分了。人类社会不是太祖奶奶、祖奶奶一层一层分过来,能够分得很清楚的。因为可能会有这么一个奇怪的表哥,他在这儿是表哥,在那儿是表舅。
“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、与其他场相互碰撞和推拉。”也就是说,当你有一个大质量的物体(比如太阳),进入这个时空中的时候,周围的东西(比如狄拉克场、电磁场)会一块儿扭曲。电磁场的扭曲大家都能理解,那种风暴过来的时候会拐弯的。时空也跟这个画布一样,它相当于一层一层的画布,上面薄薄的那一层同样会扭曲,这就是爱因斯坦所发现的。“时间变成了与空间几何交织在一起的复杂几何的一部分。”这就告诉我们独立性的消失,时间没有独立性,时间没有方向,时间没有统一性。
什么叫时间的统一性?我们觉得无论你在哪儿(在中国,在美国,在楼下,在楼上,在喜马拉雅山上),咱们的时间应该是一样的。作者说不对,贴近地面的部分,时间流逝得慢,在山上就比在海平面上时间流逝得快。有一种几千美金的表,就能够很细致地考察这个时间差。你只要放在地面和你的头顶去测量,两者相差这么高(身高)的位置,你就能够发现这个表走的快慢是不一样的,有细微的差别。这个细微的差别所验证的结果是什么呢?就是我们的物质会倾向于走向时间流逝更慢的地方。当所有的东西都倾向于走向时间流速更慢的地方的时候,我们整个人就扎在了地上。我们的东西只要抛出去,就会掉在地面上,它是来自空间和时间的扭曲所带来的力量,而并非来自这个莫名其妙的、可以超距离传播的引力。牛顿也好,爱因斯坦也好,他们都心知肚明,说地心引力其实不存在。
所以作者说:“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。……在微观描述中,说过去与未来不同是没有意义的。”也就是说你现在觉得自己变得越来越老了,随着年华老去,变得越来越老了,但是在分子层面,在你的身体的分子层面,只是它们的组合方式变了。你更喜欢十八岁的那个你,大自然可能更喜欢死去以后的那个你。所以在分子层面上,如果我们不站在人的视角来看这件事情的话,分子层面没有变化,这些东西的秩序并没有按我们人类的说法去不断地熵增,所以你换一副牌,这个时间的指向性(也就是方向)会消失。这一段太神了。