从永恒到此刻：追寻时间的终极奥秘 mobi 下载 网盘 caj lrf pdf txt 阿里云

无论你身处哪个星系，时间都只会往一个方向流逝。为什么？

30年前，史蒂芬·霍金试着通过理解大爆炸来阐释时间。今天，肖恩·卡罗尔说，我们要有更大的雄心。他在本书中展示了时间之箭的存在为何应归因于大爆炸之前的环境，以及我们的宇宙只是大家族的一份子，在这个家族中，很多宇宙所经历的时间都与我们相向而行。

《永恒到此刻》所涉猎的话题，从熵到量子力学、时间旅行、信息论，再到生命的意义。读者所要面对的，就是理解我们为何存在。

部 时间、经验和宇宙

章     过去就是当下的记忆

第二章 熵：一手遮天

第三章 时间的开始和结束

第二部 爱因斯坦宇宙中的时间

第四章 时间因人而异

第五章 时间能伸能屈

第六章 在时间中打转

第三部 熵与时间之箭

第七章 时间反向运行

第八章 熵与无序

第九章 信息与生命

第十章 梦魇重现

第十一章 量子时间

第四部 从厨房到多重宇宙

第十二章 黑洞：时间的终结

第十三章 宇宙的生命

第十四章 暴胀与多重宇宙

第十五章 明天那边的过去

第十六章 尾声

肖恩·卡罗尔是加州理工学院的理论物理学家，著有《大图景》《寻找希格斯粒子》等颇有影响的科普书。在哈佛大学获得博士学位之后，他继续在物理学、宇宙学和引力方面进行研究，是美国国家科学院院士、美国艺术与科学院院士。他参与创建了群组博客“宇宙多样性”（Cosmic Variance）。

他和作家妻子珍妮弗·韦莱特（Jennifer Ouellette）一起住在洛杉矶。

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真的有人知道现在是什么时间了吗？

——芝加哥乐队，《真的有人知道现在是什么时间了吗？》

这本书要讲的是时间的本质、宇宙的开端，以及物理现实的深层结构。我们不是要小打小闹。我们要解决的问题十分古老，也十分荣耀：时间和空间，都是从哪里来的？我们看到的宇宙就是全部，还是在我们目力所及之外还有别的“宇宙”？将来和过去，到底有什么不同？

《牛津英语词典》的研究人员透露，在英语中用得多的名词，就是时间。我们生活在时间当中，如痴如醉地追寻着时间，而且每天都在和时间赛跑——但出乎意料的是，很少有人能给出时间究竟是什么的简单解释。

在网络时代，我们也许会转而向维基百科寻求指引。在本书写作时，“时间”这个词条是这样起头的：

时间是测量体系的要素之一，可用于将事件排序，比较事件的存续以及事件之间的间隔，并量化物体的运动。时间一直是宗教、哲学和科学的主要问题，但一直就连伟大的学者都无法做到以无可争议的方式定义时间，并可将其应用于所有研究领域。[ 维基百科贡献者（2009）。——作者原注]

嗯，开始啦。到这本书结尾的时候，我们就会以能应用于所有领域的方式来精确定义时间。但是很不幸，关于时间为何有那些特性，就没那么清楚了——不过我们会仔细研究一下某些有趣的想法。

宇宙学就是研究整个宇宙的学问，这门学问在过去的几百年里取得了非凡进展。140亿年前，我们的宇宙（或至少是我们能观测到的这部分宇宙）处于无法想象的炎热、致密的状态，我们管这个状态叫“大爆炸”。从那时起，宇宙就一直在膨胀、冷却，而且在我们看得到的未来还会一直这样进行下去，很可能也会永远如此。

一个世纪以前，我们还对此一无所知——除了银河系，科学家说不上对宇宙结构有任何了解。现在，我们已经摸清了可观测宇宙的底细，能详细描述其大小和形状，其组成和历史轮廓也能说个大概。但还是有些重要问题我们没法回答，尤其是与大爆炸早期有关的。我们会发现，那些问题在我们对时间的理解中将起到关键作用——不只是在遥不可及的宇宙中，就是在我们地球上的实验室中，乃至我们的日常生活中，都是如此。

大爆炸以来的时间

宇宙随着时间流逝而演化，这一点已经很清楚了——早期宇宙炎热、致密，现在的宇宙则寒冷、稀疏。不过我打算说说更深层次的关联。关于时间，神秘的一点就是它有方向：过去和将来是不一样的。这就是时间之箭。空间中的方向都是以完全等价的方式创造出来的，但时间与此不同，宇宙在时间上不容置疑地有一个方向。本书的一大主题就是，时间之箭之所以存在，是因为宇宙在以特定的方式演化。

时间有方向的原因在于，宇宙中充满了不可逆过程——事件在时间的某个方向发生，但绝不会是另一个方向。就像那个老生常谈的例子里说的，你可以让鸡蛋变成摊鸡蛋饼，但是没办法让摊鸡蛋饼变成鸡蛋。牛奶在咖啡里散开；汽油燃烧，变成废气；人们出生、长大，后死亡。自然界里在任何地方我们都能找到事件序列，其中总有一件事情发生在前，另一件在后；这些事件放在一起，就定义了时间之箭。

值得注意的是，有一个概念是我们理解不可逆过程的基础。这个概念叫做熵，用来度量物体或物体集合的“无序程度”。随着时间推移，熵会顽固地倾向于增加，或至少保持不变，这就是著名的热力学第二定律[ 这里我们强调一下方向，否则很容易弄混：熵度量的是无序，不是有序，而且是随时间增加，而非减少。通常我们会想着“事情慢慢消停了”，但要说得更准确一点的话就应该是“熵增加了”。——作者原注]。熵总是会增加的原因表面看来似乎挺简单：处于无序状态的方式比有序的要多，因此（其它条件相同时）有序状态就会自然而然地倾向于变成无序。把鸡蛋分子炒成摊鸡蛋饼的样子没什么难的，但要把这些分子小心翼翼地重组成鸡蛋就不是我们能办到的了。

物理学家讲给自己听的传统故事通常到此为止。但是，还有一个至关重要的因素没有得到足够重视：如果宇宙中的一切都在向更加无序的状态演化，那宇宙肯定是从一个极度有序的状态出发的。这整个逻辑链条号称能够解释为什么不能将摊鸡蛋饼变成鸡蛋，显然是基于一个关于宇宙初始状态的重要假设：这个状态的熵非常低，非常有序。

时间之箭将早期宇宙与我们生命所经历的每一个时刻联系了起来。这不只是打破鸡蛋，或是把牛奶混进咖啡，又或是无人打理的房间如何倾向于随着时间流逝而变得更加杂乱无章之类的不可逆过程。时间之箭就是为什么时间看起来就像在我们身边流动的原因，或者说（如果你更喜欢这个说法）为什么我们似乎在穿过时间。这就是为什么我们会记得过去，但不会记得将来。这就是为什么我们会演化、会新陈代谢，并终死亡。这也是为什么我们会相信因果，而这一点对我们关于自由意志的观念也至关重要。

而且，这些全都是因为大爆炸。

我们看到的并非全部

时间之箭的奥秘可以归结为这样一点：为什么早期宇宙中的条件会以非常特殊的方式设置？这个结构的熵非常低，使得所有有趣的、不可逆的过程能够实现。这就是本书试图解答的问题。但不幸的是，还没有人知道正确答案。但现代科学的发展已经到了一个阶段，现在我们有办法认真对待这个问题了。

科学家和现代科学出现以前的思想家都总在试图理解时间。在古希腊，苏格拉底以前的哲学家赫拉克利特（Hera***us）和巴门尼德（Parmenides）对于时间的本质有相当不同的看法。赫拉克利特强调改变的重要性，而巴门尼德完全否定改变的现实。19世纪是统计力学的黄金时代，人们从微观组成出发，推导出了宏观物体的性能。其中涌现了像是路德维希·玻尔兹曼（Ludwig Boltzmann）、詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（James Clerk Maxwell）以及约西亚·威拉德·吉布斯（Josiah Willard Gibbs）等英雄人物，想出了熵的意义及其在不可逆过程中的作用。但他们并不知道爱因斯坦的广义相对论或量子力学，当然也不可能了解现代宇宙学。在科学史上还是次，我们至少有了将时间的合理理论与宇宙的演化放在一起的机会。

为了找到出路，我打算给出如下提议：大爆炸并非宇宙的开端。宇宙学家有时候会说，大爆炸代表着时间和空间的真正边界，在大爆炸之前一无所有——实际上，就连时间本身都还不存在，因此“之前”这个概念严格来讲也并不适用。但是，我们对物理学的终极定律还不够了解，还没有信心做出类似这样的【3页】陈述。科学家越来越多地认真考虑，有没有可能大爆炸并不是一个真正的开端，而只是宇宙（或至少是我们这部分宇宙）所经历的一个阶段。如果真有这种可能，我们的宇宙一开始熵如此之低的问题就变成了另一种类型：不再是“为什么宇宙以这么低的熵开始”，而成了“为什么我们这部分宇宙经历了熵这么低的一个时期”。

这个问题听起来一点儿也不容易，但好歹是个不一样的问题，可能也开启了一系列新的答案。也许我们看到的宇宙只是比这还要大得多的多重宇宙的一部分，而这个多重宇宙完全不是从低熵状态开始的。我会证明，多重宇宙合理的模型是，在多重宇宙中熵在增加是因为熵永远可以增加，没有一个熵的状态。额外好处是，多重宇宙在时间上完全可以是对称的：从中间某个熵很高的时刻开始，它可以向过去、向未来演化到熵更高的状态。我们看到的宇宙只是沧海一粟，而我们从致密的大爆炸到无穷无尽的虚空的特别之旅，也只不过是更为广阔的多重宇宙追求熵增的一小部分。

不过，这只是可能性之一。我在这里提出来，是作为宇宙学家需要考虑的设想之一——如果他们想认真看待由时间之箭带来的问题的话。但无论这个特别的想法有没有脱线，这些问题本身都有趣又有料。本书将有大量篇幅用于从不同角度审视这些问题：时间旅行、信息论，量子力学，永恒的本质。如果我们无法确定终极答案，那我们就理应以尽可能多的方式来提出这个问题。

总有人疑神疑鬼

并不是每一个人都认为，如果想要理解时间之箭，宇宙学应该扮演极为重要的角色。有一次，我在一所大学的物理系就这个话题在大量听众面前做了一次讲座。系里有位老教授觉得我讲的没有什么说服力，还用尽浑身解数让在座的每一个人都知道了他有多不爽。第二天，这位老教授给系里的教职员工发了一封***，还十分贴心地抄送给了我：

总地来说，宇宙中的熵作为时间的函数，其重大意义对宇宙学家来说是个有趣的话题，但要说物理学的一条定律也得奠基于此，那就是滑天下之大稽了。卡罗尔声称第二定律的存在要归因于宇宙学，这是我在所有物理学讲座中听到过的糟羔【原文如此】的言论之一，只有【某某】关于量子力学中存在意识的早期评论可与之比肩。听众当中的物理学家对这样的无稽之谈还能姑妄听之，我感到震惊。后来，我与几位乐意了解我的反对意见的研究生共进晚餐，但是卡罗尔依然固执己见。

我希望他读一下这本书。本书包含了很多听起来很激动人心的言论，不过我会尽努力将这些言论仔细分成三种类型：（1）听起来有点石破天惊，但还是作为真理被普遍认可的现代物理学的显著特点；（2）理应但并未被大量活跃的物理学家广泛接受的重大声明，因为毫无疑问这些声明都是正确的；以及（3）超越当代科学界前沿、令人不安的猜测性想法。我们当然不会避免做出推测，但这些推测都会清晰标明。当所有该说的都说了该做的也都做了，你就应该有了全副武装，可以自己来判断这个故事哪些部分是真的了。

时间这个话题涉及到大量思想，有的来自日常生活，有的会让人想破脑袋。我们会审视热力学、量子力学、狭义和广义相对论、信息论、宇宙学、粒子物理，还有量子引力。本书部分可以看成是对这个辽阔疆域的闪电之旅——熵和时间之箭，宇宙的演化，以及关于“时间”本身这个想法的不同概念。接下来我们会变得更系统化一点，第二部中我们会深入思考时空和相对论，以及让时间倒流的可能性。第三部中我们则会对熵进一步考察，从生命的演化到神秘的量子力学，在多重背景下探索其意义。

到本书第四部分我们会将这些都集中起来，直接面对熵在现代宇宙学家面前表现出的神秘：宇宙看起来应该是什么样子，这跟它现在真正看起来的样子相比又如何？我会在详细讨论这个问题的含义之后证明，这个宇宙看起来完全不是我们“应该”看到的样子——至少在我们看到的就是整个宇宙的情况下。如果我们的宇宙始于大爆炸，这个宇宙就需要有个细微调整过的边界条件，而我们对此还没有合理解释。但如果观测到的宇宙只是更大的总体（多重宇宙）的一部分，那我们就得有能力解释，为什么这个总体的一小部分，见证了熵从时间的一头到另一头要有这样的巨变。

所有这些都是“虽千万人吾往矣”的大胆猜测，但值得认真对待。赌注很大——时间，空间，宇宙，全押上了——而我们这一路走来，无疑也有可能犯下天大的错误。即使我们的终极目标是回到地球解释厨房里发生的事情，让我们的想象力放飞一下，有时候也是有用的。

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"A good many times I have been present at gatherings of people who, by the standards of the traditional culture, are thought highly educated and who have with c***iderable gusto been expressing their incredulity at the illi***cy of scientists. Once or twice I have been provoked and have asked the company how many of them could describe the Second Law of Thermodynamics, the law of entropy. The resp***e was cold: it was also negative. Yet I was asking something which is about the scientific equivalent of: "Have you read a work of Shakespeare's?" – C.P. Snow

这些简单的结论反映了现实如何起作用的深层特征。无论何时，我们对这套设备的所作所为都不会改变实验结果——改变其地点、旋转，使之以恒定速度运动——这种现象反映了自然规律中的对称性。对称性原理在物理学中十分强大，因为这个原理对自然规律能采用什么样的形式做出了严格限定，也決定了能获得什么样的实验结果。

我们发现的这些对称性自然是有名字的。在空间中改变位置叫作“平移”，在空间中改变朝向叫作“旋转”，在空间中改变速度则叫作“推进”。在狭义相对论中，旋转和推进的集合叫作“洛伦兹变换”，而加上平移的一整套操作就叫作“庞加莱变换”。

你的另一半以及回到你儿时故乡的旅程，都得等一等了——科学在召唤！李政道和杨振宁获得了1957年的诺贝尔物理学奖；吴健雄本该也在获奖者之列，却未能与有荣焉。

对暗能量我们所知甚少，但我们确实知道两件很重要的事情：暗能量在空间上几乎是常数（不同地方的能量值都一样），在时间上能量密度也几乎是常数（不同时间在每立方厘米空间中的能量值都一样）。因此，暗能量最简单的可能模型会有如下特征：能量密度为绝对常量，不随时间和空间而变化。实际上这个想法一点儿也不新鲜，可以一直追溯到爱因斯坦：他称其为“宇宙学常数”，不过今天我们经常称之为“真空能量”。（有些人可能会想让你相信，真空能量和宇宙学常数之间还是有区别的——别让他们给骗了。唯一的区别就是你把它放在等式的哪一边，而无论放在哪边都完全没有区别。）

真空能量的实际值比理论值小得多，这是个很严肃的问题：“宇宙学常数问题”。不过这里还有另一个问题：“巧合问题”。请记住，尽管宇宙在膨胀，物质在逐渐稀释，真空能量却保持着恒定的密度（每立方厘米的能量总值始终一样）。今天这两个密度的差别不是那么大：物质组成了宇宙能量的25%左右，真空能量则组成了剩下的75%。但物质密度会随着宇宙膨胀下降，而真空能量保持不变，因此两者的比例正在发生明显变化。例如在复合时期，物质能量密度是真空能量的10亿倍。因此，今天两者有点儿旗鼓相当的架势，在宇宙历史上是独一无二的，看起来似乎真的是个非同寻常的巧合。也没有人知道为什么会这样。

身为人类，我们能感觉到时间流逝。这是因为在我们自身的新陈代谢中，就有周期性进程在发生一呼吸、心跳、电脉冲、消化、中枢神经系统的节律，等等。

这里我们的兴趣所在不是***时钟有多复杂精妙，而是时间的意义。我们生活的世界包含了所有类别的周期性进程，这些进程与别的某些特定周期性进程相比较，会以可预知的次数重复。这也是我们测量间隔的方法：利用这样一种进程的重复次数。

编辑推荐

这本书主要谈了时间的本质，熵的重要性以及宇宙学的作用。

霍金证明，黑洞并非完全黑尽，而是会散发辐射。这表明黑洞有熵，而且终会蒸发殆尽。黑洞为熵和引力之间的联系提供了关键线索。

在大爆炸附近，宇宙的熵极低。随着宇宙膨胀，熵也在增加，同时引力将物质拉在一起，形成恒星、星系和黑洞。但熵还是比能达到的值小得多；真正的高熵状态会看起来就像真空一样。

对我们观测到的时间之箭很多解释都可能成立，包括根本上不可逆的物理学定律，以及物理定律之外的边界条件。仅用可逆定律来解释时间之箭，就要求我们把可观测宇宙跟时间对称的多重宇宙联系起来。这些推测一直是热门的研究主题。

在我们对自然界的了解中，宇宙的起源和时间之箭是主要的尚未解决的问题。追寻这些问题的答案，让一切有意义。

本书是《时间之箭》的进阶版，有料有趣，货真价实。烧脑程度4颗星，可读性4颗星，知识广博度5颗星

媒体评论

肖恩·卡罗尔的《从永恒到此刻》为现代物理学深奥的秘密提供了精彩绝伦、简明易懂的论述。你也许不会对他的结论照单全收，但你会发现本书的讨论十分迷人，你能达到的认识高度也会比阅读一般的大众科普著作要高得多。

——罗杰·彭罗斯（Roger Penrose），著有《通向实在之路》《皇帝新脑》

时间在基本层面的意义，仍然是物理学家今天遇到的难以捉摸的奥秘之一。作者用生花妙笔写下了大量妙趣横生、涉猎广泛的内容，那些对现代物理的奥妙趋之若鹜的读者，必将沉迷其中，不能自拔。

——丽莎·兰道尔（Lisa Randall），哈佛大学，著有《弯曲的旅行》

卡罗尔货真价实，本书内容对纷繁复杂的宇宙学前沿直击要害，向《时间简史》的粉丝发出了挑战。

——华盛顿邮报

有趣有料，发人深省，令人茅塞顿开的解说……大师级别的概览……宇宙学、热力学和信息科学在此浑然一体，令人耳目一新。

——Seed

清晰，深刻。

——基普·索恩（Kip S. Throne），著有《黑洞与时间弯曲》

卡罗尔以清晰易懂、生动有趣的方式解说了时间令人入迷的微妙之处。

——New Scientist

卡罗尔以巨大的耐心、热诚和幽默感，为我们带来了一门关于宇宙自身的博物学的迷你课程：通过证据曾拼凑出什么，又如何通过参考资料的新框架加以解读，以及尽管科学革命似乎总在带我们回到原点，我们为何还是越来越接近答案。

——The Onion *** Club

关于现代宇宙学理论，本书是为清楚明了并大受欢迎的概览之一。

——Natural History

书籍介绍

无论你身处哪个星系，时间都只会往一个方向流逝。为什么？

30年前，史蒂芬•霍金试着通过理解大爆炸来阐释时间。今天，肖恩•卡罗尔说，我们要有更大的雄心。他在本书中展示了时间之箭的存在为何应归因于大爆炸之前的环境，以及我们的宇宙只是大家族的一份子，在这个家族中，很多宇宙所经历的时间都与我们相向而行。

《永恒到此刻》所涉猎的话题，从熵到量子力学、时间旅行、信息论，再到生命的意义。读者所要面对的，就是理解我们为何存在。