定律在称作c、p和t的联合作用(或对称)下不变。(c是指将反粒子来替代粒子;p的意思是取镜象,这样左和右就互相交换了;t是指颠倒所有粒子的运动方向,也就是使运动倒退回去。)在所有正常情形下,制约物体行为的科学定律在cp联合对称下不变。换言之,对于其他行星上的居民,若他们是我们的镜像并且由反物质而不是物质构成,则生活会刚好是同样的。
如果科学定律在cp联合对称以及cpt联合对称下都不变,它们也必须在单独的t对称下不变。然而,在日常生活的实时间中,前进和后退的方向之间还是有一个大的差异。想像一杯水从桌子上滑落到地板上被打碎。如果你将其录像,你可以容易地辨别出它是向前进还是向后退。如果将其倒回来,你会看到碎片忽然集中到一起离开地板,并跳回到桌子上形成一个完整的杯子。你可断定录像是在倒放,因为这种行为在日常生活中从未见过。如果这样的事发生,陶瓷业将无生意可做。
为何我们从未看到碎杯子集合起来,离开地面并跳回到桌子上,通常的解释是这违背了热力学第二定律所表述的在任何闭合系统中无序度或熵总是随时间而增加。换言之,它是穆菲定律的一种形式:事情总是趋向于越变越糟:桌面上一个完整的杯子是一个高度有序的状态,而地板上破碎的杯子是一个无序的状态。人们很容易从早先桌子上的杯子变成后来地面上的碎杯子,而不是相反。
无序度或熵随着时间增加是一个所谓的时间箭头的例子。时间箭头将过去和将来区别开来,使时间有了方向。至少有三种不同的时间箭头:第一个,是热力学时间箭头,即是在这个时间方向上无序度或熵增加;然后是心理学时间箭头,这就是我们感觉时间流逝的方向,在这个方向上我们可以记忆过去而不是未来;最后,是宇宙学时间箭头,在这个方向上宇宙在膨胀,而不是收缩。
我将在这一章论断,宇宙的无边界条件和弱人择原理一起能解释为何所有的三个箭头指向同一方向。此外,为何必须存在一个定义得很好的时间箭头。我将论证心理学箭头是由热力学箭头所决定,并且这两种箭头必须总是指向相同的方向。如果人们假定宇宙的无边界条件,我们将看到必然会有定义得很好的热力学和宇宙学时间箭头。但对于宇宙的整个历史来说,它们并不总是指向同一方向。然而,我将指出,只有当它们指向一致时,对于能够发问为何无序度在宇宙膨胀的时间方向上增加的智力生命的发展,才有合适的条件。
首先,我要讨论热力学时间箭头。总存在着比有序状态更多得多的无序状态的这一事实,是使热力学
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