第23章 时间箭头(2)
跳到黑洞内里去。恒星坍缩构成黑洞的过程和全部宇宙坍缩的前期相称近似。如许，如果在宇宙的收缩相无序度减小，能够预感它在黑洞内里也会减小。以是，一个落到黑洞里去的航天员鄙人赌注之前，或许能依托记着轮赌盘上球儿的走向而赢钱。（但是，不幸的是，玩不了多久，他就会变成意大利面条。他也不能使我们晓得热力学箭头的倒置，或者乃至将他赢的钱存入银行，因为他被困在黑洞的事件视界前面。）开初，我信赖在宇宙坍缩时无序度会减小。这是因为，我以为宇宙再次变小时，它必须回到光滑和有序的状况。
正如我说过的，我起先觉得无鸿沟前提确切意味着无序度会在收缩相中减小。我之以是被误导，部分是因为与地球大要的类比引发的。如果人们将宇宙的开初对应于北极，那么宇宙的闭幕就应当近似于它的开端，正如南极之与北极类似。但是，南北二极对应于虚时候中的宇宙的开端和闭幕。在及时候里的开端和闭幕之间可有非常大的差别。
正如我们在上一章看到的，在量子引力论中，为了指定宇宙的态，人们仍然必须说清宇宙的能够汗青在畴昔的时空鸿沟是如何行动的。只要当这些汗青满足无鸿沟前提，人们才能够制止这个不得不描述我们不晓得和没法晓得的东西的困难：它们在标准上有限，但是没有鸿沟、边沿或奇点。在这类景象下，时候的开端就会是法则的光滑的时空的点，并且宇宙在一个非常光滑和有序的状况下开端它的收缩。它不成能是完整均匀的，不然就违背了量子实际的不肯定性道理。必定存在粒子密度和速率的藐小起伏，但是无鸿沟前提意味着，这些起伏又是在与不肯定性道理相分歧的前提下尽能够的小。
总之，科学定律并不能辨别进步和后退的时候方向。
如果宇宙停止收缩，并且开端收缩，将会产生甚么呢？
在典范广义相对论中，因为统统已知的科学定律在大爆炸奇点处崩溃，人们不能预言宇宙是如何开端的。宇宙能够从一个非常光滑和有序的状况开端。这就会导致正如我们察看到的，定义很好的热力学和宇宙学的时候箭头。
宇宙刚开端时有一个指数收缩或“暴胀”期间，在这期间它的标准增加了一个非常大的倍数。在这个收缩过程时，密度起伏开月朔向很小，但是厥后开端变大。在密度比均匀值稍大的地区，分外质量的引力吸引使收缩速率放慢。
这表白，收缩相就像是收缩相的时候反演。处在收缩相的人们将以发展的体例糊口：他们在出世之前即已死去，并且跟着宇宙收缩变得更年青。
这为从收缩相存活到收缩相的人们留下了五花八门的类科学胡想的能够性。他们是否会看到杯子的碎片调集起来，分开地板，并跳回到桌子上去呢？他们会不会记着明天的代价，并在股票市场上发财致富？因为宇宙起码要再等100亿年以后才开端收缩，忧愁当时会产生甚么仿佛有点学究气。但是有一种更快的体例去查明将来会产生甚么：
转头再说时候箭头，余下的题目是：为何我们察看到热力学和宇宙学箭头指向同一方向？或者换言之，为何无序度增加的时候方向恰是宇宙收缩的时候方向？如果人们信赖，遵循无鸿沟假想仿佛隐含的那样，宇宙先收缩然后重新收缩，那么为何我们应在收缩相中而不是在收缩相中，这就成为一个题目。
热力学箭头会不会倒转过来，而无序度开端随时候减少呢？
这个看法是吸惹人的，因为它表白在收缩相和收缩相之间存在一个标致的对称。但是，人们不能置有关宇宙的其他看法于不顾，而只采取这个看法。题目在于：无鸿沟前提是否隐含着这个对称，或者它是否与这个前提不相调和？
人类了解宇宙的进步，在一个无序度增加的宇宙中建立了一个很小的有序的角落。如果你记着了这本书中的每一个词，你的影象就记录了约莫200万单位的信息――你脑筋中的有序度就增加了约莫200万单位。但是，当你读这本书时，你起码将以食品为情势的1千卡路里（1热化学卡=4.184焦）的有序能量，以对流和出汗开释到你四周氛围中的热量的情势，换成为无序能量。这就将宇宙的无序度增大了约莫20亿亿亿单位，或约莫是你脑筋中有序度增量――那是如果你记着这本书的每一件事的话――的1000亿亿倍。我试图鄙人面各章再增加一些我们脑筋的有序度，解释人们如何将我描述过的部分实际连络在一起，构成一个完整的同一实际，这个实际将合用于宇宙中的任何东西。
但是，它也能够一样公道地从一个非常波浪起伏的无序状况开端。在那种环境下，宇宙已经处于一种完整无序的状况，以是无序度不会随时候增加。它要么保持常数，这时就没有定义得很好的热力学时候箭头；它要么会减小，这时热力学时候箭头就会和宇宙学时候箭头反向。这些能够性的任一种都分歧适我们察看到的环境。但是，正如我们看到的，典范广义相对论预言了它本身的崩溃。当时空曲率变大时，量子引力效应变得首要，而典范实际不再能很好地描述宇宙。人们必须用量子引力论去了解宇宙是如何开端的。
当你发明本身犯了像如许的弊端后该如何办？有些人从不承认他们是弊端的，而持续去找新的常常相互不调和的论据为本身辩白――如爱丁顿在反对黑洞实际时之所为。别的一些人起首宣称，向来没有真正支撑过不精确的观点，如果他们支撑了，也只是为了显现它是不调和的。在我看来，如果你在出版物中承认本身错了，那会好很多并少形成混乱。爱因斯坦便是一个好的表率，他在试图建立一个静态的宇宙模型时引入了宇宙常数，他称此为平生中最大的弊端。
但是，起码存在三个时候箭头，将畴昔和将来辨别隔来。它们是热力学箭头，这就是无序度增加的时候方向；心机学箭头，便是在这个时候方向上，我们能记着畴昔而不是将来；另有宇宙学箭头，也即宇宙收缩而不是收缩的方向。我指出了心机学箭头本质上应和热力学箭头不异。宇宙的无鸿沟假想预言了存在定义得很好的热力学时候箭头，因为宇宙必须从光滑的有序的状况开端。并且我们看到，热力学箭头和宇宙学箭头的分歧，乃是因为聪明生命只能在收缩相中存在。因为在收缩相那边没有强的热力学时候箭头，以是分歧适聪明生命的存在。
终究，如许的地区停止收缩，并坍缩构成星系、恒星以及像我们如许的生命。宇宙开端时处于一个光滑有序的状况，而随时候演变成波浪起伏的无序的状况。这就解释了热力学时候箭头的存在。
但是究竟热力学时候箭头为何必须存在呢？或换句话说，在我们称之为畴昔的时候的一端，宇宙为那边于高度有序的状况呢？它为何不在统统时候里处于完整无序的状况呢？毕竟这仿佛更加能够。另有，为何无序度增加的时候方向和宇宙收缩的方向不异？
我还被我做过的一项简朴的宇宙模型的研讨误导，在此模型中坍缩相仿佛是收缩相的时候反演。但是，我的一名合作者，宾夕法尼亚州立大学的唐・佩奇指出，无鸿沟前提没有要求收缩相必定是收缩相的时候反演。我的一个门生雷蒙・拉夫勒蒙进一步发明，在一个稍庞大的模型中，宇宙的坍缩和收缩非常分歧。我认识到本身犯了一个弊端：无鸿沟前提意味着，究竟上在收缩相时无序度持续增加。当宇宙开端收缩时或在黑洞中，热力学和心机学时候箭头不会反向。
人们能够在弱人存道理的根本上答复这个题目。收缩相的前提分歧适聪明人类的存在，而恰是他们能够提出这个题目：为何无序度增加的时候方向和宇宙收缩的时候方向不异？无鸿沟假想预言的宇宙在初期阶段的暴胀意味着，宇宙必须以非常靠近为刚好制止坍缩所需求的临界速率收缩，如许它在很长的时候内才不至于坍缩。到当时候统统的恒星都会烧尽，而在此中的质子和中子能够会衰变成轻粒子和辐射。宇宙将处于几近完整无序的状况，这时就不会有强的热力学时候箭头。因为宇宙已经处于几近完整无序的状况，无序度不会增加很多。但是，对于聪明生命的行动来讲，一个强的热力学箭头是必须的。为了保存下去，人类必须耗损能量的一种有序情势――食品，并将其转化成能量的一种无序情势――热量，如许聪明生命不能在宇宙的收缩相中存在。这就解释了为何我们察看到热力学和宇宙学的时候箭头指向分歧。并不是宇宙的收缩导致无序度的增加，而是无鸿沟前提引发无序度的增加，并且只要在收缩相中才有合适聪明生命的前提。