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空间和时间是无限的吗

时间:2022-02-12 理论教育 版权反馈
【摘要】:在相对论以前,正统的见解是空间是无限的,没有人能够想象无限的空间。空间有限,但无尽头,“有限无边际”是通用的说法。如今,我们从实验发现的空间特性都是广度,即长度和距离,因此空间恰似一个距离的网络,距离是其固有性不可测的连接。但无边际与大没有任何关联,空间的无边际表现为其凹陷的形状,而非大的广度。这个时间开端的困难,如果不是被横在我们与无限过去之间的另一个占优势的困难拒之门外,对我们将会更加麻烦。

我想,每个人有些时候都要以这样的问题来搅扰自己的想象力:空间有尽头吗?如果空间有尽头,那么尽头之外又是什么?另一方面的观念是,空间没有尽头,但空间之外依然是空间又是不能想象的,因此想象总是在两难之间摇摆。在相对论以前,正统的见解是空间是无限的,没有人能够想象无限的空间。我们不得不满意地承认,在物理世界中有一个不能想象的概念——虽然不安稳,但也并非不符合逻辑。如今,爱因斯坦的理论提供了走出两难的道路。空间是无限吗?或者它要走到尽头?都不是。空间有限,但无尽头,“有限无边际”是通用的说法。

无限的空间,任何人都不能想象。有限但无边际的空间,想象起来有困难但并非不能想象。我并不期望你们能想象它,但是你们可以试试。首先设想一个圆,或者毋宁说不是圆而是形成圆周的线,这是一条有限但没有尽头的线。其次设想一个球——球的表面,也是有限而无边际的区域。地球的表面也从未到过边际,在你们所到达的地点之外总有另外的国度,而完全相同的是地球空间也不是无限的。现在更多地考察一维物体,圆、球稍后再说。能否想象?现在遇到真正的困难了。紧紧地握住这个超球的表面而想象其全然不存在的内部——即表面存在但无内容,那就是有限而无边际的空间。

但是,我想你们并未很好地掌握这个概念,你们恰巧在最后失去了平衡。真正的困难并不在于引入更多的维度,而是最后把维度抽走。我将告诉你们,妨碍你们理解的是什么。你们正在应用起源于千百万年以前、已根深蒂固地扎根在人的思想中的空间的概念,但物理空间不应该受一只富于进取的类人猿在黎明来临前心中所创造的概念支配。空间不一定与这个概念相似,而是与我们实验中的任何发现相似。如今,我们从实验发现的空间特性都是广度,即长度和距离,因此空间恰似一个距离的网络,距离是其固有性不可测的连接。当我们把二码(1码=0.9144米)、五英里等测量数字作为编码差别用于距离时,我们并不否认其不可测性。我们不能由内心的意识预测编码在距离网络上不同连接之间分布的那些法则,一如我们不能预测电磁力编码是如何分布的,二者都应由实验确定。

如果我们在宇宙中沿某个方向走了很长的距离到达A点,并沿反方向走了很长的距离到达B点。那么我们相信,在A和B之间存在一个被很小的编码数所指示的连接,换言之,沿反方向经过长距离运动所到达的这两个点可由实验证实靠得很近。为什么不呢?当我们在地球上向东运动和向西运动时就会如此。确实,我们传统僵化的空间概念不承认这一点,不是曾有过有关地球的传统概念拒绝承认环球航行吗?在我们讲述球状空间的概念之际,困难之处在于打破这个超球的内部而只保留它的三维表面。当我们把空间想象成距离网络时,我想那样做并不会困难。位于表面上的网络由一个自持连接系统构成,不牵涉外部的连接。我们可把帮助我们理解这种距离网络概念的建筑基础除去,而不危及这个概念。

我们必须充分了解,把各点相互连接的不可测关系分布的体系,并不是必须依照任何特殊预想的方案,因此对于实验所揭示的任何体系都不存在障碍

但是我们依然不知道球空间的半径,当然了,与通常的标准相较,它必然是极其巨大的,根据不十分确实的证据,估计它并不比已知的最远的星云的距离大许多倍。但无边际与大没有任何关联,空间的无边际表现为其凹陷的形状,而非大的广度。“有”是漂泊在“没有”的无限之中的一个外壳,我们将如哈姆雷特一样说:“我能够封闭在胡桃壳里面,把我自己看作无限空间之王。”

但无限这个梦魇在涉及时间时依然存在,世界封闭在它的球状空间维度里,但在时间维度上两端都是开口的。空间存在一种弯曲使得“东”最终变成“西”,但在时间上不存在使“前”最后变成“后”的弯曲。

我并不确定自己有逻辑性,但我并不感到无限未来时间的困难有多严重。关于A.D.∞的困难,直至我们到达A.D.∞的时候才会发生。可以推测,为要到达A.D.∞,必须首先已经克服了这个困难,还应该注意,按照热力学第二定律,整个宇宙将在未来某个不是无限远的时间达到热力学平衡。届时,时间之矢将完全消失,向将来前行的全部概念也随之消失。

但一个无限过去的困难却是令人震惊的,很难想象我们是无限时间的继承人,同样不可想象的是曾经有过一个瞬间,之前没有其他瞬间。

这个时间开端的困难,如果不是被横在我们与无限过去之间的另一个占优势的困难拒之门外,对我们将会更加麻烦。我们研究过宇宙的坍塌过程(若将宇宙视为时钟则便是发条松弛的过程),如果我们的见解是对的,那么在时间起点与现在之间的某个时刻,我们必须给宇宙拧紧发条。

返回到过去,我们会发现宇宙越来越有组织性。如果更早没有什么阻碍,我们必然会到达一个时刻,此时宇宙的能量处于完全有组织状态,其中不存在任何随机因素。在现有自然法则体系下,不可能返回过去走得更远。我想“完全组织(有序)”一词没有疑义,我们所讨论的组织性(有序)是有准确定义的,其极限就是变得完美,不存在无限的一级高过一级的一系列组织状态。我想也不存在最终越来越慢地到达的极限状态,完全的组织(有序)与不完全的组织(有序)都同样不能免于组织性的丧失。

毫无疑问,过去四分之三世纪里所保持的物理学体系假定了一个日期:在这个日期,或者是在高度组织化的状态里创造出宇宙的所有实体,或者以前存在的所有实体被注入这种组织性,此前,它们一直随处游荡着。此外,无可否认,这种组织性(有序)是随机性的否定,不可能偶然发生。

长期以来,这常被用来反对一种过于攻击性的实利主义,它被引用,作为创造者在某个距离今天不太遥远的时间点介入宇宙的科学证据。但是,我不主张急于从中得到结论,科学家和神学家都同样地不得不把现在每一本热力学教科书里找得到的、朴素的(经过适当修饰的)神学教义,即数十亿年以前上帝给这个物质的宇宙拧上发条并任其随后听天由命,认为有几分粗野。与其把它看作信仰的宣示,不如看作热力学的有用的假设。这是我们不能从中看到逻辑退路的结论之一——它只是忍受着它难以置信的弱点的痛苦。作为一个科学家,我简直不相信事物现在的秩序会从一声巨响中开始,从非科学的方面来说,我感觉同样不愿意接受神性中所暗示的非连续性,然而我又不能提出避免僵局的建议。

再转到时间的另一端,有一个思想流派认为,世界在逐渐消耗,这是一个令人生厌的观点。这一派思想被各种返老还童的学说所吸引,它的福星便是凤凰,星球变冷并死寂。难道两个死寂的星球不能碰撞,由撞击的能量转变成炽热的气体并从中产生新的太阳——以及星球和生命吗?这种学说在19世纪占据优势,现在天文学家已不再考虑了。有证据表明现存的星球无论如何运动都是扫过原始物质且使之集聚的演化过程的产物,它们并不是由相互之间没有特殊时间关系的偶然碰撞单独形成的,但是凤凰情结至今依然流行。我们相信物质是逐步破坏,物质的能量以辐射形式放出,是否存在反过程,通过它在空间收集辐射并演变成电子和质子,再开始星球的构造呢?这只是单纯的猜测,对其真实性真的不好多说,但我想平心静气地批判那些希望它是真实的心理态度。无论我们把“自然”的小小的浪费消灭多少,也不能通过这些理论使由于组织性丧失、随机因素增加而引起不可阻挡的世界的静止过程停顿。无论是谁,只要他希望宇宙能在运动中无限地延续,就必须领导一支十字军来打破热力学第二定律。物质因辐射而重新形成的可能性并不是关键的问题,所以我们可以默默地等待结论。

如今,我们看到任何对热力学第二定律的攻击都不成功,我也承认,就个人说来,我对那些能够成功逆转宇宙最终的静止说法,不抱太大期望——我不是凤凰的崇拜者。科学对这一话题缄默不语,一个人所说的一切都是偏见,但由于支持物质与世界再生的永无止境轮回的偏见经常被提起,所以或许我要提议反对这个偏见。宇宙成就某项伟大的进化计划,以及在成就了应该成就之后,陷入回到混乱无变化的状态中去,我对这种说法的感觉,比起宇宙的目的被不断地重复腐化的说法来,要满意得多。我是一个进化论者,不是一个繁殖主义者,不停地重复做同样的事情看起来尤其愚蠢。

[1]原文为越高——译者注

[2]如果扩张中的气体用于推动活塞,空间的组织性将转变为活塞运动。

[3]然而,除了我自己,最近也有其他的人开始怀疑。

[4]在万花筒里,混合很快就完全了,所有的分布形式都均等类似于随机因素,但在美观方面就差异巨大。

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