不可逆现象时间简说-时间简说

刘易斯提出的支持他的时间对称性理论的论据看上去是有力的，但实际上是天真的。有人曾敏锐地指出，“时间的幽灵不可能永久地被安放在那里”，刘易斯给出了那么多似乎有说服力的理由，但他却忽略了许多特别重要的事实。

刘易斯竭力推崇的连续球面辐射，本质上是不可逆过程，它不可能推广到其他类型的球面波上。英国哲学家波帕（K.R.Popper）曾经指出，各向同性地接近于一个精确湮灭点的波不存在反转换现象，不是光和电磁现象独有的特性，其他一些现象，例如在一个特定地方由扰动引起的水波的传播同样具有这种特性。虽然我们难以按照这些现象的细微性质解释清楚不存在时间对称性问题，但是我们不能不承认这些现象本质上是不可逆的。

欣克富斯（I.Hinckfuss）讨论了不可逆性的条件。他撇开波帕的来自某一点的类波过程的扩展的证据，而只考虑电磁波的情况。他认为，事实上，在任意时刻、任意空间点，不可逆过程存在的条件主要取决于从各个方向覆盖这一点的辐射。他的这一修正并未排除波帕的论据。因为他忽略了波帕证据的本质特征——相干性条件。由某一点开始的球对称传播的类波过程的时间反转，与散布在整个空间，能在相同时间以相同波长和强度、从各个方向覆盖这一点的辐射源有关。波帕只是认为出现这种情况的不可能性太大，以至于必须认为它根本是不可能的。欣克富斯反对这种以不可能性作为不可逆性基础的论点。他认为，如果我们的太阳系恰恰是这种高度不可能性的初始条件的产物，那么，我们很可能居住在宇宙中一个不同寻常的部分。他的这一批评并不中肯。因为离去的各向同性的单色波和它的精确时间反转之间的本质差别，与我们是不是生活在宇宙的不同寻常的角落没有关系，它只与由某个源各向同性发射的辐射信号和来自散布在整个空间的源发射的、带有一定时间和方向相干性和波长的辐射信号的不确定初始条件之间的差别有关。与前一种情况相比，后一情况的人为性和复杂性说明它的存在几乎是不可能的。因此，波帕把各向同性辐射和来自某个点的其他类波过程看成是时间方向“指示器”是正确的。

米尔在20世纪30年代曾描述过一个著名的、令人着迷的不可逆性的例子。他指出，任意一群以直线匀速运动的非撞碰粒子，如果在某一特定初始瞬间保持一定体积，那么即使它最初是一个有限的群体，它最终也会在某一瞬间变为一个扩张系统，而一个匀速运动粒子的扩张系统决不可能自动地变成一个有限的群体（收缩系统）。虽然米尔考虑的是1个粒子群（带有一定的宇宙论分析），但是它对于我们考虑2个粒子的情况也是适用的。如果这2个粒子最初是相互接近，最后将会相互离开运动。但如果它们最初就是相互离开运动，那么，它将一直相互离开运动，而决不会相互接近。因此，最简单的运动学问题却自动地揭示出时间的不可逆性。

美国天文学家戈尔（T.Gold）反对这样的结论。他指出：如果粒子可以被认为是最终变为独立相互离开运动，那么它们也可以被认为是独立离开运动的开始。这一评论也是不中肯的。因为只有运动中的粒子才可以被认为最初是在有限距离上离开。基本问题是，如果所有粒子都以直线匀速运动并一直这样连续下去，则接近先于离开，而离开决不可能先于接近。不过已经假设，宇宙的空间伸展要么是无限的，要么就是远大于所有时间粒子间的距离，因此，在取完整宇宙环路后，我们便看不到粒子的汇聚。米尔的论据取决于这一假说，所以在这样的限制下他的粒子运动是不可逆的。(www.xing528.com)

表示过去和将来之间不对称的其他普通物理学现象还有撞碰运动。例如，尽管完美的弹性撞碰可以认为在时间上是可逆过程，但是打破相对运动的非弹性撞碰，例如石头落到地面的撞碰不能认为是可逆过程。如果在这种情况下认为时间是可逆的，就会产生难以理解的现象：惰性石头落地后会突然以很高的速度跳起来。

然而，在光和电磁领域中，存在着刘易斯没有提到的时间不对称现象。例如，英国数学家、天文学家惠特克（E.T.Whittaker）在考虑爱因斯坦之前的光的发射和吸收理论时注意到，“由于存在自发辐射，而不存在自发吸收，所以过去和将来之间是不对称的”。然而，刘易斯并未理会这一事实，而是固执地坚持时间对称观点。所以最后导致他怀疑并反对爱因斯坦的受激发射概念。我们知道，这一概念是发明激光的基础。

刘易斯的论点还完全否定了观测者的感知条件。他没有注意到，人们只能观测向着他而来的光，不能观测离他而去的光。如果时间被反转，恒星吸收离开观测者的光，而不是向观测者发射光，这样，我们就会永远看不到恒星。因此，我们说，我们所看到的这部分宇宙，必然有其过去—将来的关系，至少就光的发射而言应该是这样。

如果说刘易斯从讨论微观物理过程引出时间对称性结论的话，那么他的最后疏漏在于他忽视了宏观物理过程中时间的单向性问题。在宏观物理世界，同“长”时间间隔有关的许多过程，诸如生物进化过程、种系发育过程、星系演化过程，时间具有单向性特征已经是一个不争的事实。在这里，我们无意向刘易斯发难，而只是指出他在坚持时间对称性概念时忽略了时间存在单向性的那部分事实。实际上，一般地说，微观现象中时间的反演不变性和宏观现象中时间的单向性的矛盾，至今还是一个没有解决的问题。