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时间无限循环

2021-09-22宿琛

小学科学 2021年9期
关键词:庞加莱凯奇少校

宿琛

时间是沿着一条直线不断前进、永不折返的吗?还是沿着一个圆圈向前,一直在无限循环呢?人生可以再来一次吗?世界可以回到最初的一片混沌,然后重新开始吗?这些问题大家肯定都思考过,但最终也不过是无疾而终,不如我们看一看电影里是怎么说的。

不断重复=熟能生巧

在未来的某一刻,凯奇少校正身处一场旷世战争,对手并非地球人,而是神秘的外星侵略者,不过,敌人是谁好像并不重要,重要的是凯奇少校第一次参战时就壮烈牺牲了!

作为电影主角和英雄人物,凯奇少校能就这样急匆匆地牺牲,让电影终结吗?当然不能!所以,编剧让他复活了……大家先别急着吐槽,这真的不是一个荒诞片,因为严格来说少校并不是复活,而是时间回到了他参战的前一天,但他的记忆并没有丧失,他只是要把此后经历过的事情再经历一遍,然后依旧会死亡,接着一切又将重新开始……

就这样,在一遍又一遍的轮回中,少校不断地学习、观察、思考、实践以及战斗,每一次都比上一次更接近胜利。最终,他找到了克敌制胜的方法,并且成功完成了作战任务。

不过,循环会就此结束了吗?你认为呢?

我们渴望的“后悔药”

凯奇少校不断重生的故事,出自科幻电影《明日边缘》。在类似的科幻电影中,像这样的故事情节还有很多,比如著名的《恐怖游轮》《源代码》,等等,讲的都是主人公陷入了一段不断循环、重复的时间里无法出来的故事。不光是电影,科幻小说、电子游戏中此类题材也是多如牛毛,而大家对这种“一次又一次”的故事模式却毫无抵抗力,简直就是痴迷其中、不能自拔。

这是为什么呢?原因很简单,我们虽然都知道世界上没有后悔药,但同时又渴望很多事情能重新来过,好好弥补曾经的遗憾。所以,这些作品在某种程度上满足了人们的心理需求,在现实中无法实现的“穿越”愿望,在虚拟世界中得到了满足,听起来是不是很有吸引力?

對了,你是不是想起上学期有门功课没考好?

喜欢只是假象

慢着!先别急着畅想,如果仔细分析这些“一段时间可无限循环”的电影,你多半会发现,如果真的陷入这种情况,并没有什么值得高兴的,至少电影里的人物一点都不开心。

俗话说:再好的饭菜也有吃腻的一天,更何况永远困在一段时间里无法走出去?重来一次固然吸引人,可不断重复地过着某一段时间里的生活,谁都会觉得枯燥乏味吧。而且如果像《恐怖游轮》中那样,不断重复的经历是被人追杀,并且到头来发现杀手就是自己,那可真是深陷噩梦了。

从人类精神文明进步的角度来说,人类是不希望时间循环、生活重复的,因为我们追求的是:不断学习新知识,品尝新款美食,结识新朋友等,不断更新和超越自我。

不过,在物理学家眼中,时间无限循环还关系到另一层异常宏大的意义,那就是——宇宙的时间究竟是如何运行的?时间有尽头吗?时间会不会回到起始点,重新开始?

熵增定律

现在,让我们从科学的角度来研究一下时间的无限循环是否可能。

在讨论这个问题之前,我们先要了解一个物理学的重要理论:熵增定律,它是由德国物理学家克劳修斯于1865年提出的热力学定律。“熵”是一个热力学名词,是指一个系统总的混乱程度,熵值越高,系统的混乱程度就越高。熵增定律是指,如果没有外力干扰,即事物运动处于最自然的状态,那么系统的熵值总会不断增加,直到混乱程度达到最高,此时熵值达到最大,这个系统就彻底静止,变成了“一潭死水”。

一个简单的实验可以帮助我们理解熵增定律:在一个玻璃杯中倒满清水,然后滴进去一滴墨水,我们可以看到墨水不断扩散,好像将原本清澈不动的水被“搅动”了起来,但最终,当玻璃杯里的水都变成了墨水的颜色,墨水的扩散就停止了,看上去这杯水又进入完全静止不动的状态。

甘心归于沉寂吗?

宇宙是一个庞大的系统,这个系统中包含数不清的天体,如果将这些天体不断分解,直至原子,那么整个宇宙就是一个由无数原子组成的系统。

理论上,宇宙这个极其复杂的系统如果也遵循“熵增定律”,随着其混乱程度不断增加,宇宙中的所有原子都将进入彻底静止的状态,最终宇宙的命运就是一切都归于沉寂,不再有任何运动。

如果真的是这样,人类的一切作为都将毫无意义,那这个结果真让人感到悲伤。因此,“熵增定律”提出后,很多科学家都试图找到它的漏洞,从而改变这个令人绝望的结论。

“庞加莱回归”

——希望之花绽放

朱尔·亨利·庞加莱是19世纪末到20世纪初法国著名的数学家、天体力学家,同时还是物理学家、理论科学家和科学哲学家,他被认为是继高斯之后最伟大的数学家之一、继牛顿之后天体力学界的“里程碑”。

1895年,庞加莱证明了“庞加莱回归”理论,冲击了“熵增定律”的地位,也使人类明白了时间无限接近宇宙原点的可能。“庞加莱回归”理论指出:“熵增定律”没有错,但系统中所有构成部分不断无序运动,结果未必达成彻底平衡而不再运动,反而不管这些微观粒子如何混乱地运动,只要有足够长的时间,它们总会在未来的某一个时间点全部运动到最初的那个状态。

也就是说,随着宇宙微观构成部分的不断运动,整个宇宙有可能回到最初时的状态,相当于整个宇宙的时间被重置了,所有事情都重新开始。

遥不可及的“庞加莱回归”

“庞加莱回归”一出现,就在物理学、宇宙学等领域引起了轰动。但是对我们普通人来说,这个理论就显得遥不可及了。因为无论是“熵增定律”,还是“庞加莱回归”理论,它们所描述的概念都太宏大了,宏大到一个人穷尽一生都无法感知,甚至穷尽整个人类文明的可能也无法看到这些理论被证实。

据数学家推算,由于宇宙中的微观粒子数量过于庞大,如果“庞加莱回归”可能发生,那么需要的时间约为10^(10^(10^(10^2.08)))年。看不懂这串数字表述是不是?没关系,你可以把它理解为1后面跟着12000个0!

瞧!这就是真正的科学和科学幻想之间的巨大鸿沟。幻想中不断轮回的“一天”,在科学中大概率不会发生;但是科学所描绘的“轮回”,其尺度和规模又岂是一部科幻电影所能呈现的?

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