編輯推薦

時間有箭頭嗎？

宇宙會不會有這樣一個地方，那裏時間的方嚮跟我們所熟悉的方嚮相反，那裏的人們從墳墓裏升齣，皺紋從臉上消失，然後迴到母胎？香氣神秘地凝結成香水，鑽入瓶中；池塘裏的水波嚮中心匯聚，彈齣石頭；屋裏的空氣自發地把各種成分分解齣來……

《時間之箭》裏有你熟悉的眾多理論：牛頓力學、相對論、量子力學，柯文尼博士將帶你進行一段揭開時間*大奧秘的科學旅程，《時間之箭》由諾貝爾物理學奬得主普利高津鄭重推薦並撰寫前言。

《時間之箭》是《第*推動叢書》物理係列其中之一，這是一本嚴肅但文筆優美的科普書，讀完會有醍醐灌頂之感，即使不能讀完也受益匪淺。

2018年新版的《第*推動叢書》全新設計瞭版式、封麵，提升瞭閱讀體驗，讓讀科普不再艱難。隨書附贈價值39.6元由汪潔、吳京平掰開揉碎,帶你懂科學好書的《經典科普解讀課》6摺券。

內容簡介

《第*推動·物理係列：時間之箭》論證瞭現代科學理論關於時間的*普遍觀點。時間就像一隻箭，射嚮未知的前方，把過去永遠留在後麵。作者迴顧瞭三個世紀的科學史，大膽地對牛頓力學、愛因斯坦的狹義相對論和廣義相對論、量子力學以及*近的混沌理論進行瞭重新解釋。作者引導讀者瀏覽瞭所有企圖解開時間奧秘的重要科學理論。他們探究時間的物理理論——牛頓力學，愛因斯坦的相對論，量子力學——以及考查更廣泛的時間奧秘：時間如何齣現在詩、化學以及生物學中——從"馬維爾的雙翼戰車"和"生理時鍾"到造成旅行時差和星期一早晨沮喪心情的原因。

作者簡介

彼得·柯文尼博士，在威爾斯大學擔任物理化學教授，曾是牛津凱博學院的研究員。曾經和諾貝爾化學奬得主伊裏亞曾裏高金教授一起從事研究工作。現居北威爾斯的可溫灣。 羅傑·海菲爾德博士，倫敦通訊日報的科學編輯。曾當選1987年*佳年度醫學報道記者，1988年*佳年度科學報道記者以及1989年*佳年度專業報道記者。現居倫敦格林威治。

精彩書評

這本書科學水平很高，而同時能被較多的讀者接受。彼得·柯文尼本人對此領域作過重要的貢獻，因此撰寫此書，尤其勝任。羅傑·海菲爾德的文筆流暢，使此書精彩可讀。

——伊裏亞·普利高津 （諾貝爾物理學奬得主）

目錄

前言

序

第一章時間的形象

第二章牛頓物理學的興起：時間失去瞭方嚮

第三章時間使愛因斯坦受挫

第四章時間的量子躍遷

第五章時間之箭：熱力學

第六章創造性演化

第七章時間之簡與生命之箭

第八章統一的時間景象

第九章未結束的探索

精彩書摘

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路德維格·玻爾茲曼(Ludwig Boltzmann)那時在亞得裏亞海邊的一個村莊裏度假。這假期的用意是讓他從在維也納的研究工作中散散心，幫他康復已有一段時期的病和排遣心情的憂悶。可是玻爾茲曼心緒還是很不安寜。

人的心理中有一個基本假設，那就是，時間一去不迴頭。對此假設，隻存在一個科學證據。玻爾茲曼自從他20來歲時當瞭教授以來，多年來就是為瞭瞭解這證據而苦鬥。此項偉大的追求，他沒有成功。他有關“熵”的工作(熵是衡量變化的一個物理量，它總是隨時間增長的)非常精彩，可是沒有得到確定的結果。時間方嚮之謎始終是科學的缺陷。而對玻爾茲曼來說，時間已經到瞭盡頭瞭。

玻爾茲曼身材魁梧，一臉的大鬍子，可是人不可貌相，其實他性格柔弱，容易受人傷害。他工作過度，疾病纏身。那年他62歲，雙目差不多完全失明，劇烈的頭痛使他坐臥不安。起伏的情緒曾一度把他帶到絕望的邊緣，使他在慕尼黑附近的一個瘋人院裏住過一段時期。一點不順心的事也會使他大大傷心——例如今天他夫人為瞭要把他的外套拿去洗衣店乾洗，因而堅持讓他晚一些時候再迴維也納。

玻爾茲曼夫人拿走瞭外套，和她女兒一同去西司提亞納海灣遊泳去瞭。就是在那個時候，她丈夫做瞭天下最不可逆轉的事。他把一根短繩子係在窗框的橫木上，圍著自己的脖子打瞭一個死結。然後，就在那間租住的屋子裏，他自殺瞭。他女兒艾勒薩迴來，看見父親在那兒上瞭吊。

玻爾茲曼的自殺，再次生動地錶現瞭時間是如何在捉弄想揭示時間秘密的人。他的喪生深深地震撼瞭人們的心靈。他在萊比锡的一個學生嘉菲(George Jaffé)寫道：“玻爾茲曼的死是科學史中的悲劇之一，就像拉瓦锡(Lavoisier)上斷頭颱，邁耶(R．J．Mayer)進瘋人院，皮耶爾·居裏(Pierre Curie)慘死在貨車輪下一樣。尤其可悲的是：這事就發生在他的思想將取得最後勝利的前夕。”

玻爾茲曼的思想牽涉到原子是否存在。有些評論傢把玻爾茲曼看作一個智力的“三十年戰爭”的受難者，這戰爭是和不肯接受原子論的人打的。他的對手包括一大批19世紀思想界中的知名人士，其中有法國的督黑姆(Pierre Duhem)、孔德(Auguste Comte)和龐加萊(Henri Poincaré)，德國的奧斯特瓦爾德(Wilhelm Ostwald)、荷耳姆(Goerg Helm)，以及其他在美國和英國的諸如蘭金(William Rankine)、史大羅(John Stallo)等人。他最大的敵手是他的同胞馬赫(Ernst Mach)，他們之間的論戰使玻爾茲曼在知識界中形勢孤立。玻爾茲曼有一次曾嚮一個同事錶白，說懂他理論的人，實在是一個也沒有。

玻爾茲曼對原子和分子的看法，終於占到上風。可是他希望能進一步解釋時間的方嚮。對於自然界的這個特點，玻爾茲曼比其他任何科學傢都下瞭更大的工夫。他這方麵的雄心，終被狂躁抑鬱癥所擊敗，使他自殺。下麵我們將要看到，玻爾茲曼在原子分子的概念和時間的方嚮之間，成功地建立瞭一個決定性的關聯。可是他的偉大夢想，在他生前始終沒有實現。

在努力想用原子分子語言來錶達時間箭頭和我們這世界其他特性的人中，玻爾茲曼還不是最後一個死於悲慘結果的人。加州工學院的古德斯坦(David Goodstein)在他的《物質的狀態》一書的開頭寫道：“一生中大部分時間花在研究統計力學的路德維格·玻爾茲曼，1906年自殺身亡。艾倫菲斯特(Paul Ehrenfest)繼續瞭這項工作，但也以類似的方式而死。現在輪到我們瞭……也許研究此項課題，謹慎為妙。”

第一章 時間的形象

失敗教我這樣想來想去，

時間要來把我所愛帶走，

這念頭好像死亡，不得不

為所害怕的喪失而哭。

——莎士比亞

《十四行詩》

時間是給人神秘感最大的來源之一。它深奧難測的性質，是有史以來人們日夜捉摸的對象。曆代的詩人、作傢、哲學傢都被時間迷惑過。可是，近代的科學傢們卻沒有這樣。現代科學，尤其是物理學，即使沒有完全取消，也總在想降低時間在事物中的作用。因此有人稱時間為被忘卻的維度。

我們都知道時間一去不返，覺得它的流逝好像支配著我們的存在，過去已不可改變，未來是一片空白。我們有時巴不得能扳迴時針，能挽迴過失，能重享美好的時光。可惜，常理不允許我們這麼做。我們知道，時間是不等人的，時間不會倒流。

真不會嗎?奇怪的是，許多科學理論並不支持我們一般對時間的看法；在這些理論中，時間的方嚮無關緊要。如果時間倒走，現代科學的幾座大廈——牛頓力學、愛因斯坦的相對論、海森堡和薛定諤的量子力學，也都同樣站得住腳。對這些理論來說，記錄在影片上的事件，不管影片順放還是倒放，看上去都行得通。單嚮的時間，反而像是我們腦中産生的幻覺。研究這個問題的科學傢們，帶著幾分嘲笑的口氣，把我們日常時間流逝的感覺，稱為“心理時間”或者“主觀時間”。

宇宙會不會有這樣一個地方，那裏時間的方嚮跟我們所熟悉的方嚮相反，那裏的人們從墳墓裏升齣，皺紋從臉上消失，然後迴進母胎?在那個世界裏，香氣神秘地凝結成香水，鑽入瓶中；池塘裏的水波嚮中心匯聚，彈齣石頭；屋裏的空氣自發地把各種成分分解齣來；破癟的橡皮膜自動膨脹，密封成氣球；光從觀測者的眼睛裏射齣來，然後被星球吸收。可能的事或許還不止這些。按照這個想法，地球上的時間也會開倒車，我們也都會被過去所吞沒。

那樣就跟所有時間總朝一個方嚮走的大量事實完全矛盾瞭。讓我們比較一下時間和空間。空間包圍著我們四周，而時間總是一點一點地體驗到。左右之間的差彆，根本比不上過去和未來之間的差彆。在空間中我們可以朝四麵八方走來走去，而我們一切行動隻能對將來起作用，不能影響過去。我們隻有迴憶，但除非是韆裏眼，不能預知未來。物質一般總是逐漸地腐爛下去，而不會自發地聚閤。這樣看來，特殊的方嚮，空間沒有，時間有。時間行走像一支箭。“時間之箭”——這意味深長的詞，是英國天體物理學傢愛丁頓(Arthur Eddington)在1927年首先提齣的。

本書探討時間在當前科學理論中扮演的各種角色及其後果，並且指齣我們的確能找到一個對時間的統一看法，這個看法和我們直接經驗的時間一緻、不矛盾。時間之箭甚至會啓發我們：為瞭描述自然界，有必要建立一個比目前更深刻、更基本的理論框架。

文學中的時間

平常一般對時間的看法，在一些文學名著中得到極生動的錶達。單嚮的時間使我們覺得萬事無常；這種感情，再好不過地流露在普魯斯特(Marcel Proust)自傳小說的書名“重找失去的時光”裏。這些作傢腦子裏轉來轉去的，就是人生短促有限，光陰一去不返。時間不由自主地嚮前走，每個時刻我們都得搶，都得盡情玩味。曇花一現，生命的神秘更加神奇；朝生暮死，更使我們覺得時間的不可逆。象徵時間的老人，代錶死亡的骷髏收割者，同樣帶有一把鐮刀、一瓶沙漏，這不是偶然的：時間到瞭，誰也逃不過那把鐮刀。

多少詩、多少文章，是描述時間的流逝!古波斯哲學傢兼詩人奧瑪·哈央姆(Omar Khayyam,死於1123年)的冥思，在菲茲哲羅(Edward Fitzgerald)的意譯之中永存不朽：

不停前移的手指寫字字一寫完就嚮前去

不管你多虔誠多聰明它不會迴來改半句

你眼睛裏所有的眼淚洗不掉它的一個字

人生的悲哀歸根結底來自時間的不可逆轉。不言而喻，最後勝利屬於死亡。凡是活著的都要死，這事實就是時間流逝的鐵證；這裏就和科學開始掛鈎。要想瞭解我們周圍的世界，這一點非解決不可。就如愛丁頓所說：“在屬於內心和外界的兩種經驗之間搭任何橋梁，時間都占著最關鍵的地位。”

文化時間

時間有嚮的概念，並不是一直都有的。潮水、鼕夏二至、季節、星辰的循環往來，這些現象使許多原始社會把時間看做一種基本上不斷循環的有機節奏。他們想，既然時間跟天體的循環運轉分不開，時間本身也應該是循環的。白天跟隨黑夜，新月代替舊月，鼕天過瞭是夏天，為什麼曆史就不這樣?中美洲的瑪雅人相信曆史每260年重復一次，這個周期他們叫拉馬特，是他們日曆的基本單元。他們認為災難也有周期：1698年，西班牙人入侵登陸，伊嚓部落聞風而逃，因為他們相信周期滿瞭，災難來到。這點他們並沒有搞錯，但並不是什麼預言，連巧閤都算不上。原因是此次入侵80年前，西班牙人從傳教士那邊得知瑪雅人相信時間有周期，所以侵略者本來就預料到對方的反應。

時間的循環模式是希臘各宇宙學派的一個共同點。亞裏士多德在他的《物理學》中說：“凡是具有天然運動和生死的，都有一個循環。這是因為任何事物都是由時間辨彆，都好像根據一個周期開始和結束；因此甚至時間本身也被認為是個循環。”斯多葛(Stoics)學派的人相信，每當行星迴到它們初始相對位置時，宇宙就重新開始。4世紀的尼梅修斯(Nemesius)主教說過：“蘇格拉底也好，柏拉圖也好，人人都會復生，都會再見到同樣的朋友，再和同樣的熟人來往。他們將再有同樣的經驗，從事同樣的活動。每個城市、每個村莊、每塊田地，都要恢復原樣。而且這種復原不僅是一次，而是二次三次，直到永遠。”好像所有曆史的事件都裝在一個大輪子上一樣，循環不已。這不斷迴返的觀念重新齣現在現代數學裏麵，叫“龐加萊循環”。龐加萊(Henri Poincaré）是世界偉大數學傢之一，活躍於19世紀末、20世紀初。

時間之箭引起我們內心的恐懼，因為它意味著不穩定和變遷。它所指嚮的是世界的末日，而不是世界的重新再生。羅馬尼亞人類學者、宗教史學者埃裏阿德(Mircea Eliade)在他有關時間之箭和時間循環、名為《永恒迴返的神話》的書裏，認為世上從有人類以來，多半的人都覺得循環時間更令人安慰，而將它緊抱不放，死心塌地地承認再生和更新。這樣，過去也是將來，沒有真正的“曆史”可言。請注意他寫的：“遠古人的生命……雖然發生在時間裏麵，並不記錄時間的不可逆性；換句話說，對時間意識中最明確的特徵，它反而置之不理。”

是猶太基督教傳統把“綫性”(不可逆)的時間，一下子直截瞭當地建立在西方文化裏麵。埃裏阿德寫道：“這種‘無盡循環’的老調，基督教企圖一下子將它超越。”由於基督教相信耶穌的生、死和他的上十字架受難，都是唯一的事件，都是不會重復的，西方文化終於把時間看成是穿越在過去和未來之間的一條綫。基督教齣現以前，隻有猶太人和信仰拜火教的波斯人認同這種前進式的時間。

不可逆時間深刻地影響瞭西方思想。對“進步”和地質學所謂的“深時”——指人類進化隻是新上地球舞颱不久的一齣戲的那項驚人發現，不可逆時間給我們做瞭心理準備。它為達爾文的進化論開闢瞭道路，從而把我們和原始生物在時間上連接起來。總之，綫性時間概念的齣現，和因之而起的思想改變，為現代科學以及其改善地球上生命的保證打下瞭基礎。

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