组成你手臂的原子,你捡起来的保龄球,都是由质子、中子和电子构成的。而实验学家们又在20世纪60年代末期发现,质子和中子是由3个更小的粒子组成,这种更小的粒子就是夸克。所以,当你挥动手臂的时候,你实际上在挥动组成手臂的夸克和电子,这样的观念将使我们接近事情的关键之处。现代理论所说的、我们都深浸其中的希格斯场,与夸克和电子都可以相互作用:这种相互作用使希格斯场阻碍了夸克和电子的加速,就好像掉进蜜罐的乒乓球会被黏得难以移动。正是这种阻力拖住了各种微粒的运动,从而使你能够感受到你自己手臂的质量以及你所挥舞的保龄球的质量,又或者你正在投出的其他物体的质量,甚至是你加速冲过百米终点时你整个身体的质量。因而,我们的确能感知到希格斯海的存在。我们每天使用数干次、用以改变这样或那样物体运动状态——通过施加加速度——的力都是为了抗拒希格斯海的阻力而存在的。

在整个宇宙历史中,大于95%的时间内,我们都可以这样简略地描述我们的宇宙:宇宙在膨胀。由于膨胀,物质继续扩散。宇宙的密度持续减小,温度继续降低。在最大的尺度上,宇宙具有对称、各向同性的外观。不过宇宙并不总是如此。关于最早时期,我们会有一段气氛热烈的报道,因为在那段时间里,宇宙在极速改变。我们现在知道,宇宙过去所发生的一切直接影响着我们今天对它的认识。

研究人员已经证明,正曲率、负曲率和零曲率已经穷尽了能满足对称性要求所有位置之间具有对称性,所有方向之间也具有对称性的所有可能曲率。而这实在令人吃惊。我们讨论的可是整个宇宙的形状,这本该有无限种可能性。但是,借助于对称性的强大威力,研究人员排除了绝大部分的可能性。所以,如果你允许对称性为你引路,而那个午夜来访的提问者又同意你猜猜仅有的几个答案的话,你就有可能应付得了他的挑战。

可能吧。虽然看起来这似乎为时间之箭提供了一种全然不同的解释,但事实上却并非那么不同。就像我们在第6章中强调过的,要想使《战争与和平》的页码越来越乱,则一开始页码必须有序排列;要想通过打碎鸡蛋的办法使其变得无序,一开始就得有一个有序的完好的鸡蛋;熵朝着未来的方向增加,是因为熵在过去很低,因此它有潜力变得更加混乱。然而,某定律对待过去和未来的方式不同,并不能说明该定律规定了过去的熵应该很低。该定律也可能意味着过去的熵应更高(或许熵会在未来和过去这两个方向上呈不对称增长),甚至有可能时间不对称定律根本不能说明过去怎样。后者正是吉拉蒂一里米尼-韦伯方案中的情况,而这个方案是目前市面上唯一具有实质性的时间不对称性的方案。一旦他们的坍缩机制生效,就没有办法将其撤销——不可能从坍缩的波函数开始,令其演化到之前延展的形式波函数的细节已经在坍缩过程中遗失了——它变成了峰状——因此不可能使事物“重返"其波函数坍缩之前的任何时刻的样子。

就像延迟选择实验中的情形一样,理论上,这种擦除可以在其所要干扰的事件发生的几十亿年后才进行,即使这样也会有效消除过去,甚至是久远过去的影响。

因此,今天的观测帮我们讲完了一个有关开始于昨天、前天,甚至是10亿年前的过程的故事。今天的观测勾勒出的细节,可以而且必须包括在今日之对过去的描述中。

这就导致一个简单而又令人惊奇的问题:既然牛顿定律没有内在的时间方向,我们用以论证物理系统会沿着未来的方向从低熵向高熵状态演化的全部推演,也同样适用于过去。又一次,由于深层次的基本物理定律具有时间反演对称性,因而它们无法区分所谓的过去和未来。就像在漆黑的外太空中没有标牌指示哪个方向是上,哪个方向是下一样,经典物理学中没有任何定律说明时间上哪个方向是未来,哪个方向是过去。定律并未提供时间方向,它们对时间方向上的区别完全不敏感。因为运动定律着眼点在于事物的改变—既可以朝向所谓的未来,也可以朝向所谓的过去热力学第二定律背后的统计或概率推演同时适用于两个时间方向。因此,一个物理系统的熵,不仅存在很大的概率在所谓的未来会变高,也有很大的概率在所谓的过去曾非常高。

熵越高就意味着实现该物理条件的方式越多,熵越少就意味着方式越少。

虽然上述讨论中有一些细节被我放到了注释里,但其结论仍然具有普适性。所有已知和广为接受的有关运动的定律—从刚才讨论过的牛顿的经典力学,到麦克斯韦的电磁理论,再到爱因斯坦的狭义和广义相对论(记住,我们将在下一章讨论量子力学)都具有时间反演对称性:按时间轴正向发生的运动同样也可以逆着时间轴发生。由于术语有点混乱,我再来强调一下,不是把时间反过来。时间仍然保持原样。我们的结论是,要想使一个物体的运动轨迹逆转,只要在其路径上任意一点逆转其速度即可。同样的,相同的程序在其路径上任意一点逆转其速度将使物体按我们在反向放映的
片子中所看到的方式运动。

这种情况更令人迷惑。众所周知的物理定律实际上声明——与我们的生活经验相反——奶油咖啡可以分离成黑色的咖啡和白色的奶油;破碎的蛋黄和破碎的蛋壳能自己聚集起来形成一个完美光滑的鸡蛋;室温下水杯中已融化的冰可以重新形成冰;你打开苏打水时放出来的气体可以自己返回瓶中。我们现今所知的所有物理定律都完全支持所谓的时间反演对称性。这种对称性说的是,如果事件可以按照某种时间顺序发展(奶油和咖啡混合,鸡蛋打碎,气体溢出),那么这些事件也可以按照相反的方向发展(奶油和咖啡分离,鸡蛋完好如初,溢出的气体回到瓶子里)。简短地用一句话来总结就是,物理定律不仅没有告诉我们事件只能按某种方向发展,而且还从理论上告诉我们事件可以向相反的方向发展。

但令人头疼的是没有人发现这样的定律。而且,从牛顿到麦克斯韦,到爱因斯坦,他们所发现的物理定律,以及今天的所有物理定律都显示出过去和未来之间存在着一种完美的对称性。我们并未在这些定律中发现只可沿着时间轴的某个方向应用该定律的限制条款。这些定律应用于时间轴的不同方向时不会有什么区别,过去和未来在这些定律下看来都是一样的。即使我们的经验一次又一次告诉我们,事件如何随时间发展存在一定的方向性,但这样的时间之箭却不存在于基本的物理定律中。

从定义上看,时刻并不包括时间的流逝——至少不是我们所说的时间——因为时刻是时间的原材料,并不会变化。某个特殊时刻不再变化就像空间中某个特殊位置一样,如果某位置变化,它就是空间中的另一个位置了;同理,如果某时刻变化,它就是另一个时刻了。放映机的光激活每一个新的现在这样的直观图像经不起仔细地推敲。换句话说,每一时刻都被照亮,每一时刻都会保持其被照亮的状态。每一时刻都是这样。仔细想来,时间的河流更像是一块巨大的冰块,每一时刻都永远地冰冻在它自己的位置上。

类似的,时空中的每个时刻——每个时间片——就好比一部电影中的某一帧静止画面,画面的存在与否取决于是否有光照亮它。就像郝思嘉和白瑞德一样,对于正处于任何这样时刻的你来说,这就是现在,“现在”就是你当时感受到的那一刻,并且“现在”永远都是你正在感受到的那一刻。而且,在每一个独立的时间片里,你的思想和记忆都足以使你产生时间在不断地流向下一刻的感觉。这种感觉,这种时间正在流动的意识并不需要之前的时刻—之前的画面—来“连续放映”。

但是,就像爱因斯坦曾经说的,“对于我们这些充满信心的物理学家而言,过去、现在和未来之间的区别只是一种幻觉,虽然它总是存在的”,唯一真实的事物就是整个时空。

狭义相对论提出了一个适用于所有运动的简单原则:任何物体穿越空间和穿越时间的合速度总是精确地等于光速。仅凭直觉你可能不会接受这种观点,因为我们都已经习惯了只有光才能以光速运行。但是这个众所周知的说法指的只是穿越空间的运动。而我们现在的讨论与此有关,但更加复杂:一个物体穿越空间和时间的合速度。爱因斯坦发现一个关键的事实:这两种运动总是互补的。当你刚才注视的那辆静止的车开走时,真正发生的情况是穿越时间的运动的一部分速度转换成了穿越空间的运动速度,但保持合速度不变。这样的转换无疑意味着汽车穿越时间的运动将会减慢。