关于时间箭头和T反演破坏
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生成的长图缺失了结尾,干脆把全文贴在这里吧:
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T反演破坏不仅跟热力学时间箭头无关,也不能说赋予了时间特殊方向。
CPT联合反演不变,仅仅意味着粒子在时间逆转的情况下表现得等同于镜子中的反粒子,或者说粒子在镜子中的行为等同于时间逆行的反粒子,或者说反粒子的行为等同于粒子的镜像沿时间逆行。仅此而已
如果非要说时间的特殊方向与CPT有关,那也是我们已知的可观测宇宙物质远多于反物质这个尚未得到充分理解的事实,结合CPT,让时间在两个方向上看上去不同。
但这个事实跟宇宙目前处于低熵态一样,都既不能解释热力学时间箭头,也不要求微观物理学规律必须在时间上不·可逆·。
导致热力学时间箭头对称与否其实跟T反演是否被破坏无关,而是跟微观力学规律是否在时间上·可逆·(而不是·T反演不变·)有关,或者说是微观规律否会丢失或创生信息有关。
所谓的·可逆·就是指系统状态空间中一个团块在演化过程中体积是否会改变。无论在经典物理学还是量子物理学之中,状态空间团块体积不变都是被精确保证的,刘维尔定理/量子信息守恒。
如果演化过程会导致团块缩小,那么就意味着原本在微观上不同的不同初始状态经过演化会变成相同的微观状态,信息就被消灭了。反过来原本在微观上相同的状态经过演化会变成不同的状态,信息就被创造出来了。
而热力学时间箭头实际上仅仅需要状态空间的非均匀粗粒化。
宏观上看起来相同(宏观物理量上不可分辨)的一群不同的微观态,就是一个(由宏观物理量划定的)状态粗粒,包含大量不同的微观状态。可分辨的宏观状态参数对系统的微观状态空间的构成了一个划分,这就是状态空间的粗粒化。
我们已经知道宏观物理量对微观状态的划分是极度非均匀的。这样一来只要系统的微观初始状态从某个低熵的微小粗粒中出发,就会以极高概率跑到高熵状态粗粒,热力学时间箭头就此出现,而且对微观物理规律的不可逆性没有任何要求。
不但如此,如果宇宙的状态空间存在庞加莱回归(这当然无法保证,只是针对这种情况讨论。宇宙状态空间可能体积无限而不存在回归。),那么只要曾经处于低熵状态,经过极长的时间,就一定会再次任意靠近之前所经历过的任何状态。于是宇宙就必然无数次反复涨落进入低熵状态。
如果把宇宙的熵变曲线画出来,宇宙会在热平衡位置附近一直晃悠极长时间,而处于每一个低熵状态的时间跟近热平衡态的时间相比都仅仅只有极其短暂的瞬间。而且,涨落进入低熵态的过程和从低熵态跑回高熵态的过程并没有什么区别。
进一步,我们目前认为宇宙的过去起始于低熵态,是因为我们的心理时间箭头本来就是热力学时间箭头决定的,我们自然是沿着热力学时间箭头去看这个宇宙,才会觉得宇宙的过去起始于低熵状态,未来会进入高熵状态。
但有没有一种可能:目前宇宙就是正在向低熵状态涨落,所谓的过去未来其实是颠倒的,但由于我们的心理时间箭头永远是低熵态指向高熵态,所以我们总是觉得低熵的那一边才是过去?
当然有这个可能,其实站在这个视角上一切都豁然开朗。并不是宇宙起源于低熵状态,而是我们顽固地认为低熵那一头的时间方向才能叫做过去。
