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人们常说常见的时空四维,长、宽、高(x,y,z)三个维度,外加一个看不见的维度:时间。时间到底存不存在、是不是一个独立维度,实际上一直有人怀疑,因为说时间是一个维度,但是这个维度不能反向推导,很难与其他3个维度相提并论,怎么可以说时间是一个维度。笔者认同这个思维,认为时间不是一个独立的维度,而是表征熵增速度的一个可变量。
熵增原理来自热力学第二定律(Second Law of Thermodynamics),其表述为:不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响,或不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响,或不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。表明了在自然过程中,一个孤立系统不可能朝低熵的状态自然发展即不会变得有序。
熵增:万物自然会变乱
一般条件下,封闭系统的熵的变化是单方向增加的,具有不可逆性,这一点就如同时间,只能单向的向一个方向发展。这里我们可以大胆推测:时间并非一个独立存在的东西,时间不是一个独立维度,而实际上时间是是表征熵增最重要的量,就是熵增率应当是与时间成正比的,时间是熵增在质量上的导数:
t = dS/dm
式中,t:时间速率,S:为熵,dS:熵增,dm:单位质量
时间是熵增在质量上的导数
可以与如下几个推论:
§ 质量越大的系统时间越慢
质量越大的系统,所含的摩尔量越大,对于这一系统,所作用的热量增加,平摊到所有的摩尔数上,则相应的熵增越小,对应时间速度越小,时间减慢,这一点与爱因斯坦的时间膨胀效应一致。
引力时间膨胀效应:引力越大时间越慢现象,在广义相对论中有详细介绍。只要有加速参考系存在就有这种效应,而且不影响光速不变定理(经常有人拿这种现象说光速会变化)。那是宇宙有不同势能的区域会导致时间以不同的速率度过的现象,因为引力导致的时空扭曲率越大,时间就过得越慢。另外就是这种现象已经被庞德-雷布卡实验证实了。有关这种现象的真正影响量是可以通过史瓦希度规体现的。
电影《星际穿越》中,几个船员登录星球15分钟,回去后,发现留在飞船上的人老了15年。质量也大的系统,其时间流逝越慢,而处在原理质量越大系统外的,则是正常时间流逝。
星际穿越电影
§ 通过改变熵增率的时间旅行
当然,对于系统中局部,可以通过作用使得熵值减少,使得局部具备较强的秩序性,但是整体系统的熵值是增加的,这个给出一个提示:
§ 可以通过改变局部以外的熵值使之迅速增加,而使得局部以内的熵值减小,时间增加效果为零或负值:
1. 一种情况如冷冻,可以冻结一个生物体,使熵增最大程度的减慢,使之时间接近于停止;
2. 再者,如果有办法超越这一阈值,反向逆转熵增,时间可以倒流,这是实现时间逆向旅行的一种方式,就是局部上的时间倒流,旅行到过去。但代价估计是局部意外的系统部分时间加速向前了。
科幻片:冷冻生物体,使之时间减慢
§ 也可以通过改变局部的熵值使之迅速增加,使得局部以内的熵值增加,时间增加效果效果加速,时间可以加快,这是实现未来时间旅行的一种方式。但是副作用是,作为旅行者的你,生命流逝更快,老的更快。
时间旅行者的妻子
后记
笔者大学研究生毕业,理工生,对于宇宙学、天文学和物理学都比较感兴趣,属于爱好,不是专业,数学水平一般,这里只能从感性的角度进行描述。言者无罪,以上几个概念一直盘亘在脑海,这两天花时间整理出来,一吐为快,说法不太严谨,不过这里又不是《自然》、《科学》杂志,畅所欲言,我这么一说,如果蒙对了算我走运,如果说错了大家图一乐,万一给理论物理学家有益提示呢?!