The Order of Time-《时间的秩序》

Carlo Rovelli 卡洛·罗韦利

学校需要每个寝室都需要一篇读书笔记,而我也恰恰在寝室微信群的摇骰子中以两点败北.

既然如此,那就试试.看到了班级的限定书单,第一眼就看到了《你当像鸟飞往你的山》这本书,因为我就知道这一本书但是并没看过,虽然买了kindle,但也没看几本书.

最近看的是钟晓阳的《遗恨》,也是断断续续地在睡前的一小会儿看完的.

也在多抓鱼买了几本书,但是平时没什么空闲时间看,其实也是因为懒,所以没怎么看.

因为疫情期间,除去网课,时间也还充裕,就想重新开始阅读,并尝试记读书笔记.

这次就先从这本有点感兴趣的《时间的秩序》开始.
还有“奇异博士”本尼迪克特·康伯巴奇（卷福）倾情朗读

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本书分为三个部分来讨论"时间的秩序"

第一部分 时间的崩塌

1.统一性的消失

​ 爱的舞蹈交织

​ 如此优雅的女子

​ 在这清澈的夜晚

​ 被月光照亮

​ 时间的延缓

• 时间的流逝在山上要比在海平面快

• 变慢的不仅仅是钟表,在较低的位置,所有进程都变了.

• 两个人,一个人在平原生活,另一个住在山上.几年之后他们再次见面,在平原中上生活的这位度过的时间更少,变老地更慢.他的布谷鸟报时钟的机械装置振动的次数更少,变老地更慢,他用来做事的时间更少,他种的植物长得更慢,思绪得以展开的时间更少…时间在较低位置比较高位置要少.

• 在进步的历程中,我们认识到,一些看似不证自明的事,实际上是偏见.

• 爱因斯坦问了自己一个问题:太阳与地球没有互相接触,它们之间也没有任何东西可借助,那么它们是怎样互相"吸引"的呢? 他找到一个合理的解释,猜想太阳和地球并没有直接互相吸引,而是分别对他们之间的事物产生作用.既然在它们之间存在的只有空间与时间,他猜想太阳和地球都改造了周围的空间和时间,就像一个物体浸入水中会把周围的水排开.对时间结构的改造进而影响了物体的运动,使得它们"落"向彼此.(这就是广义相对论的精髓)

  "时间结构的改造"是什么意思?指的就是上文提到的时间的延缓:物体会使它周围的时间变慢.地球是个庞然大物,会使附近的时间变慢.这种效应在平原处更明显,在山上要弱一些,因为平原更近.这就是海平面高度居住的人衰老得慢一些的原因.

  在时间流逝一致的地方,比如星际空间,物体不会下落,它们会浮在空间中.而在地球表面,物体会自然倾向于时间流逝更慢的地方运动,就像物体会下落,是由于在较低的位置,时间被地球减慢了.

• 如果我们的双脚可以牢牢地站在地面上,那是因为我们的身体自然倾向于待在时间流逝更慢的地方–并且与你的头部相比,你脚步的时间流逝得更慢.

• 比起我们平常模糊的视野,有时疯狂的视角看得更远.

• 阿那克西曼德–万物的产生由它而来,万物的灭亡也归复于它,这源于必然性.因为万物遵循时间的秩序,将公平赋予彼此,互相补偿彼此间的不公平.

• 并不是只有两个时间,时间有很多:空间中的每个点都有不同的时间.并不是只有单一的时间,而是有非常非常多.

• 我们并不描述世界在时间中演化的方式,我们描述的是事物在当地时间(local time)中演化的方式,以及当地时间相对于彼此如何演化.时间并不像一个指挥官指挥者一个排的士兵同时前进,它是一个由彼此影响的事件组成的网格.

• 爱因斯坦的广义相对论中不存在的单一的"时间",而是有无数的时间.

• 物理学并不描述事物"在时间中"如何演化,而是描述事物在它们自己的时间中如何演化,以及"时间"相对于彼此怎样演化.

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2.方向的消失

如果比移动树木的俄耳普斯

​ 更轻柔

​ 你会去拉齐特琴

​ 生命的源泉不会逆转

​ 回到徒劳的暗影…

​ 命运残酷

​ 但所需负担的轻了

​ 因为一切回头的尝试

​ 都是徒劳

​ 永恒的激流来自何处?

• 过去与未来有别,原因先于结果…时间不是一条双向的线,而是有着不同两端的箭头.

• 萨迪·卡诺的错误假设:热量是一种有形的实体,一种流体,从高温物体"下落"到低温物体时会产生能量,就像瀑布的从高处落到低处时会产生能量一样.

  关键性的概念:归根结底,蒸汽机的运转是由于热量从高温物体传到低温物体.

• 以上假设,鲁道夫·克劳修斯(Rudolf Clausius),抓住了问题的根本:不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化.

• 这是一条能欧把过去和未来区分开来的物理定律.

• 在世界的基本方程中,仅仅在有热量的地方,时间之矢才会出现.因此时间与热量的联系是根本性的:每当过去和未来的差别显现,都会有热量参与其中.如果一个过程倒过来看很荒谬,那么一定有东西被加热了.

• **只有在有热量的地方,才会有过去和未来的差别.**例如念头,从过去延展到未来,而非反之–实际上,思考也会在我们的大脑中产生热量.

• 克劳修斯引入一个量,来量度热量的单向不可逆过程.由于他是个很有学识的德国人,他用了古希腊语"熵"为之命名.

  熵用字母"S"表示,是个可测量也可以计算的量,在孤立的的系统中会增加或保持不变,但永不减少,我们可以这样写:
  $△S≥0$△S≥0
  读作"Delta S永远大于等于零",我们把它称为"热力学第二定律"(热力学第一定律是能量守恒定律).其核心在于热量只能从高温物体传到低温物体.而非反过来.

• 在基础物理学中,这是唯一一个能够表明过去与未来有所区别的方程,唯一一个涉及时间流动的方程.在这非比寻常的方程背后,整个世界隐蔽其中.

• 热量是分子的微观振动.热茶中,分子振动得剧烈;凉茶里,分子振动得没那么剧烈.加热并熔化一块冰,会让分子剧烈地振动,失去它们之间紧密的联结.

• 如果某个区域的分子是静止的,就会被附近疯狂的分子带动,也运动起来:振动会传播,分子之间互相碰撞.这样,低温物体与高温物体接触后被加热了:低温物体的分子被高温物体的分子推动,躁动起来.它们升温了.

• 过去与未来的区别不在运动的基本规律里,也不在自然的深层法则中.是自然的无序化导致了越来越来非特定、不特殊的情形.

  作者把热振动比喻为不停地洗牌

  通过洗牌,也就是借助万物自发的无序化,热量从高温物体传向了低温物体,而非反之.熵的增加只不过是普遍又常见的无序的自然增长.

• 玻尔兹曼说明了熵之所以存在,是因为我们以一种模糊的方式描述世界.他证明了熵就是我们模糊视野无法区分的不同排列的数量.热量、熵、过去的低熵都是近似地、统计性地对自然进行描述的概念.

• 如果我去观察事物的微观状态,那么过去与未来的区别就会消失.

• 过去与未来的区别只适用于我们对时间模糊的观察.

• 熵仅仅是我们模糊的视野无法识别的微观状态的数量

• 时间失去了又一个重要的组成部分:过去和未来的本质区别.

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3.当下的终结

敞开

向这春天

轻柔的微风

寂静季节中

封藏的冰冷

与回到大海的航船…

现在

我们必须编织花冠

装扮头顶

速度也会延缓时间

• 时间会被速度延缓.就对时间基本的直觉上的感知而言,这个发现是最具毁灭性的.

• 两个人被送往山里和平原上,一个人静止不动,一个人不停运动.对于不停运动的人来说,时间流逝得更慢些.

• 20世纪70年代,人们在飞机上使用精密的表,首次观测到了这种效应,飞机上的钟表时间落后于地上的钟表时间.

• 不仅不同地点没有一个单一的时间,甚至对同一个地点而言,单一的时间都不存在,时间的长短只与拥有既定轨迹的物体的运动有关.

  作者通过弟弟问姐姐现在在干吗的一个例子,清晰明了地说明了这个问题没有意义

  姐姐处于与弟弟相距4光年的比邻星B上,所以弟弟使用望远镜或者无线电得知的是姐姐四年前在做的事,而不是现在她在做什么.而比邻星B的现在不是通过望远镜看到的或者无线电听到的.

  理论上姐姐只要是可以在四年之内赶回,就可以和过去的自己通话.这就像是科幻电影里的情节一样.

• "当下"的概念涉及与我们临近的事物,而非远处.

  我们的"当下"不会延伸到整个宇宙,它就像我们周围的一个气泡.

• 存在着我们的过去:在现在所见之前发生的事件.存在着我们的未来:在此时此地我们所见之后会发生的事件,在过去和未来之间,还存在着一个时间段,它既非过去,亦非将来,有一定的长度.

• 宇宙中并不存在可以定义的"相同时刻". "现在的宇宙"是没有意义的

• "时间先后次序"的关系是圆锥组成的偏序

• 每个事件都有过去和未来,以及既非过去亦非未来的部分,就像是人人都有祖先,子孙和不属于以上二者的人.

• 一个共同的当下并不存在.

• 时间的流逝的速度在不同地方是不一样的.

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4.独立性的消失

​ 在那片海浪上

​ 我们必须航行,

​ 所有被地球果实

​ 滋养的人

无事发生时,会发生什么

• "永恒有多久?"爱丽丝问到."有时,只有一秒."兔子答道.有些梦境只持续一瞬间,可梦中的一切都凝固成永恒
• 时间是有弹性的,有时几小时飞逝,就像只过了几分钟;有时几分钟都很缓慢,像几个世纪.

牛顿和亚里士多德的两种观点

亚里士多德相信,如果一切都不变化,时间也不会流逝,如果一切都不改变,时间就不存在

他在《物理学》中写道:如果周围一片漆黑,身体几乎什么都感觉不到,但心里有些想法在改变,我们依然会认为时间在流逝. 也就是说,即便是我们内心里感到时间的流动,也是对一种运动的量度:内在的运动.如果一切都不改变,时间就不存在.

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牛顿认为必须存在另一种时间: 无论如何都会流逝的"真实的"时间,独立于事务及其变化.就算所有的物体保持不动,甚至我们灵魂的活动都凝滞了,这种时间仍然会流逝——按牛顿的说法——不受任何影响,这就是"真实的"时间.这与亚里士多德的观点截然相反

“真实的"时间无法直接触碰,只能通过计算间接地理解.它与计量天数的时间不同,因为"每一天实际上是不平均的,虽然通常认为它们都相同”

• 时间与空间是真实的现象,但不是绝对的,它们并不独立于发生的事件: 它们都由场构成.
• 引力场像一张可以拉伸的巨大弹力床单,其拉伸与弯曲就是引力与物体下落的来源.如同第一章所说的那个例子,两个人那个,一个在山上,一个在平原.而引力场在山里"被拉长",所以会有更多时间
• 时间变成了与空间几何交织在一起的复杂几何的一部分.这就是爱因斯坦发现的对亚里士多德和牛顿时间概念的整合.
• 三个共舞的智慧巨人——亚里士多德,牛顿,爱因斯坦——指引我们更深入地理解了时间与空间,存在着引力场这一实在的结构,它既不独立于物理学的其余部分,也不只是世界匆匆而过的舞台.

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5.时间量子

房里有一瓶老酒

酿造九年

菲利斯,花园里有月桂树

可以编织花冠

还有好多常春藤…

我邀请你

在四月中旬这天来庆祝

这属于我的节日

比生日更珍贵

• 量子力学导致的三个基本发现: 分立性,不确定性与物理量的关联性.

分立性

时钟测量的时间是"量子化"的,它只能取特定值,不能取其他值.时间是分立的,而非连续的

世界是精细地分立的,非连续的.

不确定性

时间的量子叠加

时空是像电子一样的物理客体.它也会涨落,也可以处于不同状态的"叠加"中.

关联性

决定时间段与物理间隔的物理基础——引力场,不仅受到质量的动态影响,它本身也是一种没有确定值的量子实体,直到它与其他物体相互作用

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总结

• 不存在单一的时间,每个轨迹都有自己的持续时间;
• 根据位置和速度,时间会以不同节奏流逝
• 时间没有方向:在世界的基本方程中,过去和未来的区别并不存在
• 方向性只在我们进行观察并忽略细节时偶然出现.在这种模糊的视角下,宇宙的过去处于一种奇特的"特定"状态.
• "当下"的概念不再奏效
• 在广袤的宇宙中,没有我们可以合理地称为"当下"的东西.决定时间长度的物理基础不是一个区别于世界其他组成部分的独立实体,而是动态场的一个方面,

​ 因为时间问题,只看了这本书的第一部分"时间的崩塌",可以说是极大地刷新了我对时间的认知,我本来只知道时间在经纬度变化的时候会发生变化,但从没想过时间在海拔上也有不同,我认识到,一些看似不证自明的事,实际上是偏见.文中经常会举例子来帮助读者来理解,比如说在阐述"时间的流逝在山上要比海平面快"的时候,用的是两个人分别生活在山上和平原,几年后再见面时,住在山上的会比住在平原的更老,因为在平原上生活的这个人度过的时间更少,变老得更慢,他可以用来做事的时间更少,思考的时间也更少,时间在较低位置比较高位置要少.

​ 从爱因斯坦问了自己一个问题:太阳与地球没有互相接触,它们之间也没有任何东西可借助,那么它们是怎样互相"吸引"的呢? 引出"时间结构的改造",也就是广义相对论的精髓."时间的结构"就是时间的延缓,物体会使它周围的时间变慢.地球是个庞然大物,会使附近的时间变慢.这种效应在平原处更明显,在山上要弱一些,因为平原更近.这就是海平面高度居住的人衰老得慢一些的原因.

在时间流逝一致的地方,比如太空中,物体不会下落,它们会浮在空间中.而在地球表面,物体会自然倾向于时间流逝更慢的地方运动,就像物体会下落,是由于在较低的位置,时间被地球减慢了.

如果我们的双脚可以牢牢地站在地面上,那是因为我们的身体自然倾向于待在时间流逝更慢的地方–并且与你的头部相比,你脚步的时间流逝得更慢.

时间在不同的地方有不同的节奏,这里那里的时间的流速并不相同.而且并不是只有两个时间,时间有很多:空间中的每个点都有不同的时间.并不是只有单一的时间,而是有非常非常多.时间并不是线,而是一个个的点.

文中引用了古希腊唯物主义哲学家阿那克西曼德的一段话–万物的产生由它而来,万物的灭亡也归复于它,这源于必然性.因为万物遵循时间的秩序,将公平赋予彼此,互相补偿彼此间的不公平.

在方向的消失一节中提到:在世界的基本方程中,仅仅在有热量的地方,时间之矢才会出现.因此时间与热量的联系是根本性的:每当过去和未来的差别显现,都会有热量参与其中.如果一个过程倒过来看很荒谬,那么一定有东西被加热了.只有在有热量的地方,才会有过去与未来的差别.就比如说一个念头,从过去延展到未来,而非反之–实际上,思考也会在我们的大脑中产生热量.那么这样的话,《星际穿越》中提到的人体休眠,也就是人体冷冻是有理论依据的.

​ 文中还引出了熵(shang)这个概念熵用字母"S"表示,是个可测量也可以计算的量,在孤立的的系统中会增加或保持不变,但永不减少,我们可以这样写: △S≥0 .而这是唯一一个可以表明过去和未来有所区别的公式,唯一一个涉及时间流动的方程.熵之所以会存在,是因为我们是以一种模糊的方式描述时间的.过去与未来的区别只适用于我们对时间模糊的观察.

​ 时间会被速度延缓,不仅不同地点没有一个单一的时间,甚至对同一个地点而言,单一的时间都不存在,时间的长短只与拥有既定轨迹的物体的运动有关.作者通过弟弟问姐姐现在在干吗的一个例子,清晰明了地说明了这个问题没有意义.姐姐处于与弟弟相距4光年的比邻星B上,所以弟弟使用望远镜或者无线电得知的是姐姐四年前在做的事,而不是现在她在做什么.而比邻星B的现在不是通过望远镜看到的或者无线电听到的.理论上姐姐只要是可以在四年之内赶回,就可以和过去的自己通话.这听起来似乎有些科幻,但是理论上是成立的.

​ 在第四节独立性的消失中,作者举出了亚里士多德和牛顿各自的观点,亚里士多德认为如果一切都不变化,时间也不会流逝,如果一切都不改变,时间就不存在. 牛顿认为必须存在另一种时间: 无论如何都会流逝的"真实的"时间,独立于事务及其变化.就算所有的物体保持不动,甚至我们灵魂的活动都凝滞了,这种时间仍然会流逝.而爱因斯坦由这两位得出"时间变成了与空间几何交织在一起的复杂几何的一部分".

​ 有意思的是每章的开头都用了一首诗歌做点缀.而且作者对某些概念的描述大多都会使用好几种方式叙述,更好理解.文中那句"比起我们平常模糊的视野,有时疯狂的视角看得更远."使我印象很深.总的来说这是一本很好的关于时间的科普书.

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未完待续