提出問題:除了我們前面已經講過的,那些描述世界基本構成的重要理論之外,物理學另有一座與眾不同的偉大城堡,它提出了一個讓人始料不及的問題,那就是:“什么是熱?”
答案:一個熱的物質并不會包含什么熱質,它發熱僅僅是因為其中的原子運動速度更快。原子和原子團組成的分子處在不斷運動的狀態中,它們快速移動、振動、跳躍……冷空氣之所以冷是因為空氣中的分子跑得比較慢;而熱空氣之所以熱是因為空氣中的分子跑得比較快
時間的本質:在所有不發生熱交換,或熱交換可以忽略不計的情況下,我們看到的未來將和過去是一模一樣的。只有存在熱量的時候,過去和未來才有區別。能將過去和未來區分開來的基本現象就是熱量總是從熱的物體跑到冷的物體上。
那么,為什么熱量會從熱的物體跑到冷的物體上,而不是相反呢?原因在于:從統計學的角度看,一個快速運動的熱物體的原子更有可能撞上一個冷物體的原子,傳遞給它一部分能量;而相反過程發生的概率則很小。在碰撞的過程中能量是守恒的,當發生大量偶然碰撞時,能量傾向于平均分布。所以就這樣,相互接觸的物體溫度會趨向于相同。熱的物體和冷的物體接觸后溫度不降反升的情況并非完全不可能,只是概率小得可憐罷了。
我不確定某件事是否會發生,但我可以分配給它或高或低的概率。例如,我不知道要舉辦馬賽的場地明天是會下雨、天晴,還是會下雪,但我可以知道8月下雪的概率是很低的。比方說,如果我解開氣球口上的結,然后放手,氣球就會一邊噗噗地泄氣一邊四處亂撞,我完全無法預見它的飛行方向。但即使如此,我還是可以預測氣球從我的手上飛走,飛出窗外,繞著遠處的燈塔轉一圈又飛回來落在我手上的情況基本不會發生,因為這樣的概率實在是太小了。有些情況發生的可能性會大些,而有些情況則幾乎不可能發生
茶匙和氣球的運動遵從物理規律,具有必然性,與我們知道與否毫不相干;它們行為的可預測性或不可預測性,與它們的具體狀態無關,只與它們和我們相互作用的那一部分屬性比方說溫度和壓力有關。具體是哪些屬性,取決于我們與茶匙、氣球相互作用的方式。因此,概率同物體自身的演化無關,只與物體跟我們相互作用的特定屬性的變化有關。這又一次表明,我們用以組織這個世界的概念之間有著深刻的關聯。
冰涼的茶匙在熱茶里面變熱,因為在無數個可以標示茶匙和茶的微觀狀態的變量中,它們只通過有限的變量與我們發生相互作用。這些變量的值雖然不足以準確推斷未來,比如說氣球的運動軌跡,但是對于預測茶匙變熱綽綽有余。
我們可以問問自己,什么是“現在”?我們說存在的事物是“現在”的事物:過去不再存在了,未來也還沒有到來。但是,在物理學中,沒有任何東西可以對應“現在”這個概念。對比一下“此刻”和“此處”。“此處”是指說話人所在的位置:如果有兩個不同的人,“此處”就是指兩個不一樣的地方。因此,“此處”的意思取決于說話的地點,用術語表達就叫作指示性。
而“此刻”呢?也是指說話的這一瞬間,也具有指示性。沒有人會說“此處”的東西是存在的,不在“此處”的東西就不存在。那么,為什么我們可以說“此刻”的東西是存在的,不在“此刻”的東西就不存在呢?究竟“此刻”是客觀的,它的“流動”讓物體一個接著一個地“存在”,還是,它和“此處”一樣,是主觀的?
我認為答案就在熱量和時間的緊密聯系中:只有當熱量發生轉移時,才有過去和未來的區別。熱量與概率相關,而概率又決定了:我們和周圍世界的互動無法追究到微小的細節。
這樣一來,“時間的流逝”便在物理學中出現了,但并不是在精確地描述物體的真實狀況時,而是更多地出現在統計學與熱力學中。這可能就是揭開時間之謎的鑰匙。“此刻”并不比“此處”更加客觀,但是世界內部微觀的相互作用促使某系統,比如說我們自己的內部出現了時間性的現象,這個系統只通過無數變量相互作用。
我們的記憶和意識都建立在這些概率性的現象之上。假如存在一種超感覺的生物,那么對它來說,就不存在時間的“流逝”,宇宙會是沒有過去、現在、未來之分的一整塊。但是,由于我們意識的局限性,我們只能看到一幅模糊的世界圖景,并棲居于時間之中。有一句話說:“看不清的比看得清的更加廣闊。”正是這種對世界的模糊觀察孕育了我們時光流逝的觀念。
黑洞的熱如同物理學中的羅塞塔石碑,它用量子、引力和熱力學三種語言寫就,仍在等待解讀,以告訴我們時間的本質。