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时间为何不能倒流?

2018-07-03贺飞鸿赵天

奥秘 2018年6期
关键词:麦克斯韦光速牛奶

●贺飞鸿 文 赵天 编

我们一旦做错任何事,都会后悔,最希望时间能倒回,做出正确的选择。然而世上没有“后悔药”,覆水难收,而“后悔药”之所以不存在,正是因为时光无法倒流。

几乎每一天,地球上都有数不尽的人在追悔莫及着,因此“让时光倒流”成了世界上需求量最大的“不可能实现的梦想”,科幻电影中的时光机、光速推进器,无不表达着人类对这一梦想的憧憬,然而现实的技术限制却让这一切仅存在于银幕上或作家的笔下。

从理论上看,时间究竟为何不能倒流呢?

熵增和熵减

其实,按照物理学规律,时间是一个变量,而这个变量其实既可以向前,也可以向后。

我们用热咖啡和牛奶举例,将二者倒入同一个杯中混为一体搅拌均匀,算作时间的正向流动;把牛奶咖啡的混合物再分离开来,还原成纯净的牛奶和咖啡,算作时间的逆向流动。根据物理定律,其实后者是完全可能发生的,也就是说,时间是可以倒流的。

然而事实是,对于混合在一起的牛奶和咖啡,无论我们如何作为,都无法将他们分离并还原。即在现实中,时间倒流的事件无法触发。

为了解释牛奶咖啡混合物无法分离还原成牛奶和咖啡的现象,科学家引入了“熵增”的概念。所谓“熵”,可以简单地理解成事物的混乱程度,熵增就是混乱度增加的意思。还是以咖啡和牛奶为例,在两者没有混合前,咖啡和牛奶是泾渭分明、井然有序的,混乱度低;而当两者混合后,混合液体内牛奶分子和咖啡分子混合在了一起,于是混乱度变高了,发生了熵增的现象。

根据热力学定律,我们的宇宙一直处在熵增的过程中。我们知道,当两个温度不同的物体贴在一起时;热量会从高温物体流向低温物体,直到两个物体的温度相同为止。伴随着热量的流动,宇宙的混乱度也在增加。在自然界中,热量从来不会自发地反向流动,因此宇宙永远处于熵增的状态。

因此我们也可以这样理解,熵增代表时间的正向流动,而熵减则代表时间的逆向流动。有没有什么办法,让熵减事件发生呢?哪怕让时间倒流仅仅一秒?

麦克斯韦妖设想

根据理论,要让熵减事件发生,逆转时间的流逝,就得让一个原本温度各处相同的系统自发地出现一个位置温度高,而另一个位置温度低的情况。

19世纪,英国物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦曾经设想过一个实验:一个封闭的气体体系被分隔成两部分,中间有一个可以开关的阀门。一个强大的、被称作麦克斯韦妖的系统,可以控制阀门的开关,让空气中的高能气体分子进入其中一部分,而低能气体分子进入另一部分,从而把原本温度均衡的空气体系分隔为高温的部分和低温的部分。

如果麦克斯韦真的研制出麦克斯韦妖这种系统,那么原本均衡的空气就将经历熵减的过程,时间的倒流就有可能实现了。

然而遗憾的是,科学家根据物理定律研究发现,就算真的打造出麦克斯韦妖系统,要让它实现分开高能分子和低能分子,它就必须花费大量能量来做“识别工作”,在此过程中这些能量势必从高温流向低温,即增加了麦克斯韦妖自己的熵,增加的熵大于空气体系中减少的熵,所以总的熵还是在增加,时间无法被逆转。

徒劳的麦克斯韦妖设想证明,在我们的世界里,时间看上去永远是向前流逝的,而我们眼角和额头逐渐增多的皱纹,记载了时间流淌的信息。虽然根据爱因斯坦的相对论,物体运行的速度超过光速,该物体经历的时间将出现逆转,但以目前人类的技术水平,远远无法制造出能够让实体光速飞行的推进器,所以也无法验证这一理论。

●林冬冬 荐自 中国知网

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