饭饭TXT > 学习管理 > 《从永恒到此刻(出版书)》作者:[美]肖恩·卡罗尔/译者:舍其【完结】 > 从永恒到此刻.txt

大[179]。想想我们在第8章打过交道的那个一分为二的气体盒子,其中的

单个粒子每秒有很小的概率从盒子一侧跳到另一侧。很明显,如果只有

两三个粒子,系统不用花多长时间就能回归到初始状态。但如果我们考

虑的是一共有60个粒子的盒子,就会发现回归时间变得跟可观测宇宙目

前的年龄一样长。

真实世界里的物品包含的粒子数通常远远超过60个。对典型的宏观

物体来说,回归时间将至少为101000000000000000000000000秒。这个时间挺

长的。对可观测宇宙中的所有粒子来讲,回归时间还要更长——但是谁

会在意这个啊?对任何我们关心的较大物品来说,回归时间都比跟我们

的经验有关系的任何时间要长得多。可观测宇宙的年龄约为1018秒。哪

个实验物理学家要是在经费申请里提出,他会把一勺牛奶倒进咖啡里然

后就坐等回归时间过后牛奶自己从咖啡里解析出来,那他恐怕很难申请

到经费。

但要是等的时间够长,这事儿确实会发生。尼采的幽灵并没有错,

它想的只不过是长期结果罢了。

策梅洛对阵玻尔兹曼

庞加莱用来证明回归定理的那篇原始论文主要是在讲牛顿力学的清

晰、可预测的世界。不过他对统计力学也了如指掌,很快他就认识到,

永恒回归的想法乍一看与热力学第二定律的推导并不相容。不管怎么

说,第二定律说的是熵永远只会往一个方向变化——增加。但从回归定

理似乎可以推断出,如果一个低熵状态演变为高熵状态,我们只需要坐

等足够长的时间,系统就会回到低熵的起点。也就是说,在演变过程

中,必须有个地方熵在减少。

1893年,庞加莱写了篇短文,更细致地讨论了这一明显矛盾。他指

出,回归定理可以推断出宇宙的熵最终会开始降低:

我不知道有没有人说过,英国人的动力学理论能从这个矛盾中

全身而退。根据那些理论,这个世界一开始会倾向于变成一个很长

时间都不会再有明显变化的状态;这个结论跟日常经验也是一致

的;但如果依循上述定理,世界不会永远保持那个样子;它只是会

在非常长的时间里都保持这个状态,分子数越多,这个时间就会越

长。这个状态不是宇宙最后的死寂,而是一种沉睡;在多少万亿个

世纪之后,宇宙会从这种沉睡中醒来。按照这个理论,想看到热量

从低温物体传给高温物体的话,你不需要像麦克斯韦妖那样明察秋

毫、智力超群又身手敏捷,而只需要有点儿耐性就够了[180]。

庞加莱所谓的“英国人的动力学理论”很可能是指麦克斯韦、汤姆森

及其他人的工作——并没有提到玻尔兹曼(还有吉布斯)。不知道是因

为没被提及,还是因为没见过这篇论文,玻尔兹曼没有对庞加莱做出任

何直接回应。

但这个想法可没那么容易被忽略掉。1896年,策梅洛提出了与庞加

莱类似的异议(他参照的是庞加莱1890年提出回归定理的那篇长文,而

不是1893年的短文),现在叫作“策梅洛回归异议”[181]。尽管玻尔兹曼

声望卓著,原子论和统计力学在19世纪的德语世界里却没有像在英语世

界里那样得到广泛认可。跟很多德国科学家一样,策梅洛认为第二定律

是自然界的绝对真理;封闭系统的熵总是会增加或保持不变,而不仅仅

是多数时候。但回归定理清楚表明,如果熵一开始增加了,总有一天还

会随着系统回到初始布局而减少。策梅洛得出的结论是统计力学体系根

本就是错的,热和熵的表现不会因为分子运动遵循牛顿定理而降低。

策梅洛后来因在数学中创造了集合论而名满天下,但在当时他只是

个马克斯·普朗克门下的无名小卒,玻尔兹曼也没有把这个初生牛犊的

异议很当回事。他确实拨冗回应了,但话里话外可没显出多少耐心:

策梅洛的论文表明拙作被误解了;但无论如何,这似乎是拙作

在德语世界第一次有人关注,令我深感欣慰。策梅洛在论文开头阐

释的庞加莱的定理显然是对的,但将其应用于热学理论就不对了

[182]。

哎哟喂。策梅洛又写了一篇文章回应玻尔兹曼,然后玻尔兹曼又回

应了一篇[183]。但俩人实在是鸡同鸭讲,似乎也从未达成令人满意的结

论。

对于第二定律只是自然界的统计规律而非绝对真理的想法,这时的

玻尔兹曼完全没觉得有什么不妥。他对策梅洛的回应主要是指出应区分

理论和实际。理论上,整个宇宙可以始于低熵状态并向热平衡态演化,

最终还会再次演化回低熵状态;这是庞加莱定理的推论,玻尔兹曼也承

认这个结论。但需要等待的真实时间极为漫长,比我们现在知道的“宇

宙年龄”都还要长得多,当然也比19世纪的科学家能构想出来的任何时

间尺度都要长得多。玻尔兹曼论证道,我们应该将回归理论的推论作为

数学上刨根究底的趣味游戏接受下来,但它确实跟我们的真实世界没有

任何关系。

永恒宇宙的麻烦

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