本期為大傢帶來:

《你知道嗎——現代科學中的100個問題》

本書是阿西莫夫的優秀作品之一。

作者以通俗的語言,深入淺出地解釋瞭現代科學中的一百個尖端課題。

其中,有些是瞭解現代科學技術所必須具備的基礎知識,如科學的研究方法、二進制數、相對論、亞原子粒子、核聚變、熵、晶體、病毒等。有些則是當代科學技術的前沿陣地,如黑洞、統一場論、誇克、快子、金屬氫等。

作者對這些問題的來龍去脈,它們目前處在什麼樣的狀態、有沒有希望得到解決等問題均作瞭回答。

第七十一個問題:熵和時間之間有什麼關系?

假定我們從空間中很遠的地方,拍下一部地球繞太陽運轉的電影,然後把它放映得很快,使我們可以看到地球似乎在沿著它的軌道骨碌骨碌地轉動著。再假定我們先把這部影片順著從頭到尾放映一遍,然後又倒過來從尾到頭放映一遍。那時,我們能夠說出哪一種放映法正好看起來同地球在運動的時候一樣嗎?

你也許會說,從太陽的北極上方往下看,地球是逆時針方向繞著太陽轉的。如果看起來地球是在順時針方向運轉,那麼,我們就知道影片是在倒過來放映,因而時間是在向後退。

但是,如果你這時是從太陽南極的上方去觀察地球繞太陽的運動,地球就會是順時針方向繞著太陽運動。這樣一來,如果你看到的是順時針方向的運動,你怎樣知道你是在太陽北極上方看到時間在往後退,還是在太陽南極的上方看到時間在向前進呢?

你是無法回答這個問題的。就是在隻牽涉到很少幾個物體的、非常簡單的過程中,也不可能說出時間到底是在前進還是在後退。對於這兩種情形,自然規律都是同樣成立的。如果你所考慮的是亞原子粒子,情況也是這樣。

大傢全都知道,沿著某一彎曲的路徑隨著向前推移的時間而運動的電子,可以看成沿著同一彎曲的路徑隨著向後推移的時間而運動的正電子。如果你所考慮的僅僅是那個粒子,那麼,你就不可能確定其中哪一種說法是正確的。

在你無法說出時間究竟是在前進還是在後退的那些非常簡單的過程中,熵是不改變的(或者是改變得非常少,因而可以略去不計)。但是,在牽涉到許多粒子的一般過程中,熵總是會增大,換句話說,無序程度總是會增大。一個跳水運動員跳入遊泳池而濺起大量水花,一個花瓶掉在地上面碎成片片,許多樹葉從樹上掉落而散佈在地面上——所有這些和我們周圍所發生的其他事情,我們都可以證明它們是會使熵增大的。我們習慣於看到熵在增大,並且往往用熵的增大來說明一切都在正常地進行,說明我們在時間中正在向前推進。要是我們突然看到熵在減小,那麼,我們唯一能做出的解釋就是:我們正在時間中往後退。

例如,假定我們正在看一部由日常生活構成的影片。倘若我們看到瞭濺起的水滴匯集在一起,而跳水運動員從水裡向上升到跳板上;倘若我們看到花瓶的碎片湊成花瓶並通過空氣跳回桌子上原來的地方;倘若我們看到地上的落葉自己集中起來並飛回樹上各個枝枝椏椏上,那麼,由於這一切都表明熵降低瞭,所以我們就知道,這一切完全同事物的正常次序相反,而那個影片肯定是倒過來放映的。事實上,當時間顛倒過來的時候,各種事件會變得那麼古怪,因此,那種場面會使我們發笑。

由於這個緣故,熵有時也被稱為“時間的箭頭”,因為它的穩步上升可以作為時間的“前進方向”的標志。不過,如果物體中的全部原子都正好以同樣的方式運動,那麼,所有這些顛倒的事情就是可能發生的。但發生這種事情的機會是如此之小,所以我們完全可以把這種可能性略去不計。