为什么时间是单向的——宇宙物质世界无限性的第二个结果与不完全证明.doc

〈三〉为什么时间是单向的——宇宙物质世界无限性的第二个结果与不完全证明 “大江东去，浪淘尽、千古风流人物……”。 时间的往而不返，在人类的思想世界里是一个最基本的常识，然而我们把这一个基本常识同物理学的基本规律相比较时，却产生了巨大的问题。 物理学的基本规律——牛顿力学规律、相对论力学规律和量子力学规律，都是时间对称的。我们的物质世界是由量子化的物质粒子构成的，因而世界的变化发展，可以归结为这些物质粒子的集体行为。如果所有的物质粒子的运动都遵守物理学的基本规律——牛顿力学规律、相对论力学规律或者量子力学规律，那么现实世界看来似乎应该是时间可逆的，它应该允许大河东去，也应该允许水流从海洋中倒流而回回到原来的高山上，它应该允许动物越活越老，也应该允许动物越活越年轻，它应该允许花朵生成果实，也应该允许果实反向变成原来生成它的那朵花朵。但是现实世界不是这样的，大河只能东去，动物只能越活越老，也只能是花结果实，相反的过程从来不曾发生，世界具有确定的过去与未来，这就是现实世界的时间单向性，它是客观的，表面看来，现实世界的时间单向性和物理学基础规律的时间对称性产生了巨大的冲突。 如何解决这一矛盾呢？ 由于现实世界的时间单向性是不容置疑的，于是有的物理学家希望在微观世界里找到时间单向性产生的根源，他们认为微观粒子的行为可能具有我们未曾发现的内禀的时间单向性。这其实是一个错误的方向，在这个方向上我们不可能找到答案，虽然这个错误是合理的，甚或是必需的。 时间的单向性产生于宇宙物质体系的无限性与普遍联系的运动，它是构成宇宙的所有粒子共同运动造就的宏观现象。 时间的单向性的本质是什么？我们并没有看到一个大河东去般的时间流单独的一去不复返的向前流逝。时间的单向性的本质是，宇宙不断以新的形式存在并且其存在形式永不重复。 波粒二象性的物质粒子构成的各种物体共同构成了宏观上具有无限质量与无限的广延性的宇宙物质体系，这个宇宙物质体系处于普遍联系的运动之中，虽然构成宇宙的各种物质粒子的运动规律具有时间对称性，但是普遍联系的宇宙运动使得宏观物体的存在形式不断变化并且永不重复，作为其存在形式，宇宙时间表现出了单向性。物理学规律的时间对称性与宇宙时间的单向性在此得到和谐的统一。 宇宙的无限性与普遍联系的运动决定了较大规模的物质体系的存在形式是不可重复的，韶华易逝，流水不复。但是微观粒子也是具有内在结构与内在运动的，量子力学的基本规律具有时间对称性，据此我们可以推论，在不受外力的条件下，微观粒子的内在运动必将是周期式的，因为如果孤立的微观粒子的内在运动不是周期式的而是时间单向性的，那么由微观粒子共同作用表现出的量子力学规律也必将是时间单向性的，这与量子力学的时间对称性相矛盾。微观粒子的内在运动的周期可能极短，如果一个微观粒子很幸运，在超过它的一个运动周期的时间里没有受到任何外在物质体系的力的作用，那么它就会完成一个周期式的运动使自己的内在结构恢复到与原来完全相同的状态，它恢复到了自己的过去，“返老还童”了，但是它没有进入宇宙的过去，它的客观环境的存在形式改变了，宇宙的时间依然在向前发展。 如果宇宙物质体系是有限的，它的时间特性会是怎么样的呢？它有两种情况： 一种情况是宇宙物质体系是有限闭合的，在此情况下宇宙的总质量和粒子数是有限的，而且整个宇宙物质体系只能在有限的体积范围内运动，依据庞加莱回归论，此种形式的宇宙的运动与存在形式必将是周期性重复的，作为其存在形式，其时间发展也必然是周期式重复的，此种形式的时间或者说宇宙的运动无法区分过去与未来，犹如沿地球赤道一直向前走的人无法判定他去的地方在自己的身前还是身后，时间在此是可逆的。 另一种情况是宇宙物质体系是有限开放的，宇宙物质体系一开始由有限多个互相远离的不发生力的相互作用的更小的物质体系构成，它们相向运动形成一个互相联系的大的物质体系，经过一段有限长的时间后它们又互相远离形成有限多个互相独立的互不发生力的作用的小物质体系。在此种类型的宇宙中，宇宙物质体系在聚合之前和分离之后以有限多个互相独立的小物质体系的形式存在，每一个小物质体系相当于一个有限闭合的小宇宙，在做着周期式的运动，不能区分过去和未来。在宇宙物质体系的聚合阶段，宇宙物质体系的存在形式很可能是不能重复的因而时间是单向的，有着确定的过去与未来，但是如以后我们将阐释的，我们的世界不是此种类型的世界，因为此种类型的宇宙中的物质体系不能保持稳定的引力场的存在。 现实宇宙的时间单向性产生于宇宙物质体系的无限性与普遍联系的运动，表现出时间单向性的热力学第二定律在我们的宇宙中如此好的成立，也是因为我们的物质世界是无限的并处于普遍联系的运动之中。 热力学第二定律的开尔文描述是：不可能从单一热源吸取热量，使它完全变为有用的功而不引起其它变化。 热力学第二定律的克劳修斯描述是：不