你知道“镜子宇宙”的存在吗?

研究人员表示,从我们这个角度看镜子宇宙的话,时间是从未来流向过去的,但是如果从镜子宇宙的角度看,我们的时间也是反向流动的。

“时间不是预先存在的”,英国牛津大学的物理学家Julian Barbour告诉Olivia Goldhill,“ 我们只能从宇宙中发生的事情中推断时间流动的方向,从我们的视角来看,认为时间从某个中点开始,反向流动,这很正常。“

物理学家通过几十年的研究得出了一个结论:没有一项定律说时间一定是向前流动的。“无论是牛顿的万有引力,麦克斯韦的电动力学,爱因斯坦的狭义和广义相对论和量子力学,所有公式都说明,不管时间是向前流动还是向后流动,宇宙都能很好地工作,”Lee Billings 在美国科学中写道。

早在1927年,英国天体物理学家Arthur Eddington提出了“时间之矢”的存在,它体现了物理学分支的一项基本属性,被称作:热力学。

热力学第二定律指出,在任何独立的系统中(比如宇宙),熵(或障碍)都要增加,因此无论时间之矢向前还是向后移动,事物都是向熵增加的方向移动。

我们对宇宙和其时间之矢的理解是:我们的宇宙最初就像一个完整的鸡蛋,大爆炸发生时,这个“鸡蛋”在瞬间被打破,变得面目全非,里面的物质都陷入了混乱,变成了高熵状态。

这一假设的问题在于,它不符合物理学基本定律中的时间反向运动规律:你不能把一个破碎的鸡蛋变回成一个完整的。

Joshua Sokol 在《新科学家》中解释道:

“放大到整个宇宙,我们定义未来依据的是:以熵增加的方向为时间流动的方向。通过对遥远星系运动的研究,我们可以预测宇宙将如何演变。或者我们可以将时间倒退到大爆炸前,那时的宇宙一定会有很少的熵。

我们试图进一步倒退,但是这时遇到了一个问题。如果宇宙大爆炸的确是时间的起点,那么我们就无法再继续进行研究了,但如果真的是这样,为什么宇宙有这么低的熵?反而言之,如果这不是时间的起点……怎样的宇宙可以达到这样的低熵状态,还允许时间之矢的形成。

Julian Barbour和同事在2014年发表的论文称:时间之矢受重力影响,不是热力。他们在《物理评论快报》上发表的文章中描述了在最简单的宇宙模拟环境中,由计算机模拟的1000颗粒都受牛顿引力支配。

他们发现,由于重力作用,颗粒之间没有了距离,它们就会以不同的方向进行扩张运动,这也就是时间可以在宇宙中向前或者向后流动的原因。

“颗粒再向外扩张时,就形成了两个不同的时间方向,”Goldhill 在Quartz(杂志)发表的文章中写道,“Barbour 和他的同事们创建了宇宙展示这种双重扩张的简单模型,重力在两个方向上都建立了相应的结构。”

“这是最简单的事,” Barbour说,“如果以粒子的双重方向扩张得出的这个理论是正确的,那么大爆炸后还会形成一个时间方向和我们相反的宇宙。”

现在,加州理工学院的Sean Carroll和美国麻省理工学院(MIT)Alan Guth,两位物理学家都提出了相似的结论。

正如Sokol在《新科学家》所描述的那样,在这个模型中,他们创造了一个有限的粒子云,将它扔进了无限的宇宙中。很快就产生了两种不同方向的时间箭头,一半走向熵增加,而另一半在转向混沌之前聚集在中心,减少熵。

“最终整个粒子云扩张,熵也随之增加,” Sokol说。

或许这个低熵的中间区域很好的解释了大爆炸的成因,也说明宇宙是没有“时间起点”的。

Carroll和Guth还没有发表模型的结论,他们说还需要再消除一些限制,但是和Barbour的团队一起工作,他们确信,除了研究“宇宙是时间的起点”这个假设,还会研究出一些别的内容。

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2016-01-27
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