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第九章 未結束的探索

我們已經達到了知識的統一,還是科學在矛盾的前提下已經土崩瓦解?這樣的問題將使我們對時間的作用有一個更深入的認識。

——普裡高津

《從實存到將然》

在我們試圖建立時間之箭的努力中,仍然存在有許多問題。很多問題的解取決於高深的數學,然而還是為大膽的洞察和直覺留下了餘地,它們可能會導致今天幾乎沒有想像到的新的概念。

我們已經為這不可逆佯謬苦惱了100多年:所謂的「基本」理論在區別過去和將來中遭到失敗。誠然,這些可逆的理論給了我們對於世界的強大洞察力,但就是對於這同一個世界,死亡和腐爛在提醒我們,不可逆性和時間之箭有多麼重要。

宇宙的誕生和膨脹也為時間之箭作證。同樣作證的,還有離奇的長壽K介子的衰變;光波傳播到將來而不是過去的偏向;物體混合、冷卻和腐爛的傾向;以及演化樹的多種多樣的不對稱性。只有在一個不可逆的世界裡因果才能分明,因而一個合乎邏輯的對事件的陳述才可以成立。

不可逆性容許有一系列令人興奮的可能性,因為只有有了不可逆性,才會有生命,才會有天地萬物。許多人曾試圖貶低它的作用;與此相反,我們現在知道如何來利用它。不可逆性可以幫助揭示我們在時間和空間中看到的許許多多變化萬千的圖案。它這種創造力也就是當今一些時髦詞彙。諸如「耗散結構」、「自組織」、「混沌」,「複雜性」,等等的後台。從今天的觀點來看,不可能把不可逆性貶黜為虛幻一類,因為它的起因看來就是我們周圍大自然中存在的動力學不穩定性。

如我們已經看到的,理解全部這種複雜性的關鍵,是處理非線性動力學的一個數學分支。它的應用今天已超出了「硬」科學的範圍。無疑地,經濟情況也一定有它的混沌方面(雖然它也同時受到隨機的外部因素的驅動)。怪不得經濟預報看來更像一種魔術而不像科學。

人類社會和動物社會也會形成順著時間之箭的圖像:從群體遷移到足球比賽中的萬頭攢動。這些社會可以看做是開放的和高度非線性的動力學系統,其中大量存在著反饋環和競爭。科學家們已經開始在尋找化學反應中的自組織和混沌和在人類及動物社會中出現的「革命」、「動亂」、「經濟崩潰」等現象的對比。

不可能預測這種新的研究方法會導致什麼,但是這種在物理學和社會科學之間的跨學科的交叉研究,看來對雙方都有益。一方面,物理學家將瞭解更多的有關現實世界中的內稟覆雜性;另一方面,社會科學家(甚至於政治家?)將會從數學處理方法中受益:它比那種含糊的、揮揮手式的解釋要好。

有些科學家相信,簡單地承認時間之箭就「對許多經濟過程提供了新的看法」。另一些人認為,在非平衡態熱力學中發現的演化規律,有助於領會人類社會進行與發展中的大尺度圖像。拉·浩亞研究所的威斯特(Bruce West)和加利福尼亞索爾克疫苗研究所的索爾克(Jonas Salk)相信,把簡並處理和綜合處理兩種方法融合在一起,「我們將會認識到決定人類行為和演化的大自然法則。這樣做也就會增加我們的能力,使我們更好地瞭解人的本性」。

非線性動力學和非平衡態熱力學所取得的成果,已經震撼了20世紀的科學,並且對於時間給出了一個精深奧妙的重新評價。非線性方程向我們表明,熱力學能夠解釋線性的時間,也能夠解釋循環的時間。當時間之箭毫不含糊地指向熱力學平衡時,在向這一目的地疾進的過程之中,可能出現重複性的表現,例如化學鍾裡的顏色變化,黏菌發送出的一波一波的化學信息,或是人的心臟的跳動。我們也已經發現,這些非線性方程中包含著秩序和混沌兩者的配方。在化學鍾裡,同樣一組數學表述會產生規則的和無規則的兩種顏色變化;混沌不是別的,正是自組織的一種不守規矩的形式。

化學鍾不僅僅只是理想的、五彩繽紛的實驗。化學鍾也啟示我們自然系統是如何成長和發展的。在人生的線性軌跡上——從胚胎、出生到死亡和腐爛,我們的細胞中含有的化學鐘,柔和地調節著一系列維持生命所必需的循環。描述這些化學鐘的數學分支不僅包含時間之箭,而且包含了生命的配方。

我們已經到了一個轉折點。與其從原子和分子的抽像世界出發,去試圖推導雪人和瓷器店公牛的宏觀世界中的主導規律,為什麼不反其道而行之?為什麼不去相信我們的感覺所告訴我們的以及詩人們千百年來所描述過的一切?我們的世界中的基本現實,不是要在它最小的組成部分中發現,而是要在原子和分子的巨大集合的變化能力中發現,正如熱力學第二定律所表述的那樣。

這是一步大膽的充滿想像力的跨越,但是當我們審視相空間圖像時,我們已看到這步跨越是有良好基礎的。這已向我們表明,簡單的「可逆」機制如何產生出混沌和不可逆的行為。當一隻擺動的擺錘的相空間圖明顯地限定為軌道上的一些點子,不再給出時間流逝的蹤跡的時候,只要我們考慮其他更複雜的系統,我們就可以得出完全不同的結果。對於僅僅只有三個檯球的情況,動力學表現就變得如此不穩定,以至於不可能預言它們的行為。相空間圖變成黏乎乎的一團可能性,發芽抽出許多捲鬚,蔓延擴散開來,探索著無數的可能性。時間的流逝相應於這種絨毛的增長。

混沌的出現以及因此而出現的時間之箭,在當我們與我們周圍的世界——其中物體含有無數個原子——打交道時,是如此清清楚楚地擺在我們眼前。當一個氣體分子僅僅經過幾次碰撞之後,我們就無法在任何肯定的程度上預言它的行為。對於更大質量的物體,例如繞日運行的一顆行星的軌道,在某些方面我們可以預言它在長得多的時間內的行為,甚至可達幾百萬年。但是即使如此,最終也會成為不可預測的。我們將只能夠預言宇宙的大體性質。例如溫度和密度。

這些關於複雜性的新想法,看起來會使傳統科學顛倒過來。熱力學第二定律,它描述巨大數目的分子的行為,是基本實際的一個部分。而簡並主義,它企圖單獨用世界的微觀成分的行為來解釋世界,是無效力的。與其認為時間之箭是一種幻覺,我們倒應該問一下,這些時間對稱的「基本」定律是否是近似、或者是幻覺。它們看來畢竟只適用於極其簡單的體系。

時間的箭頭好似在某個特定的長度尺度上出現,這種可能性我們不用再管了。我們可以看到,時間之箭如何在事物複雜化的過程中揭示了自己。只有在絕對簡單的理想程度上,它的作用仍然是個謎。

下一步將發生什麼呢?看來我們在朝一個新的視野探索。因為,如普裡高津所說:「不可逆性不是對動力學定律的某種附加近似,而是把動力學置於一個更為龐大的形式體系之中。」絕不應該忘記,我們所知道的微觀量子世界是撲朔迷離的——以測量問題為典型代表——它需要涉及一個宏觀世界的預先存在,才使討論具有一點點意義。並且,我們也已提到過,一個包括量子力學和廣義相對論兩者的更一般的理論,很可能是內稟時間不對稱的。我們遠不是已經接近對大自然徹底瞭解的盡頭,像某些理論物理學家想使我們相信的那樣;我們也許正處在一個嶄新的大廈的入口處,在那裡時間起的作用是主要的,而不是邊緣的。

當前,多數科學家擁護簡並派的觀點。但是在我們貫穿整個科學的旅行之中,我們已經看到需要把宇宙作為一個整體來考慮,並因此採用一種更為綜合的觀點。如作家托夫勒(Alvin Toffler)所作的評論:「當代西方文明最高度發展的技巧之一是分析:把問題分解成它們的最小組成單元。我們精於此道並為此而津津樂道。但是我們常常忘記把這些離枝碎片再拼合回去。」需要有一個新的理論,它能夠使我們對時間之箭作深入理解。從貫穿於此書始終的討論中我們可以清楚地看到,這新的理論應當能夠做些什麼。它應當驅逐掉從基礎上破壞愛因斯坦相對論的奇點。它應當結束量子論中有關測量手段作用的爭論。它應當最終地宣佈時間旅行、新生兒自謀殺以及白洞(黑洞的時間反演)是非法的,宣佈基於主觀和幻想的論證是無效的。

我們所得到的無法避免的結論是,由於過分強調非常簡單的或者理想化的模型,使得物理學家們所採用的傳統方法,即使對於解釋日常現象也是太狹隘了。我們必須認識到現實世界的內稟覆雜性,並接受一個根本性的概念更新。

今天我們的努力已經遠遠超過了玻耳茲曼當初的想法,然而他的淵博見解仍然和我們相伴。我們所棲身的這個世界,將來有著無窮盡的可能性,而過去卻不可重得地留在我們的後面。時間之箭對於保持科學的完整性是必不可少的。它是創造力的手段,用它,生命才能夠被理解。只有通過對這些事實的認識,我們才能在理性上開始溝通人文與科學兩方面的經驗。