时间的起点

关于时间，很多物理学家已经给出了各式各样的论述。本书的作者向读者传达了，时间的历史仅用一两页篇幅就可以写尽，而经典科学理论和科普作品中对“时间简史”的描述，实质上大多数是“时间的科研史”。作者对这一系列问题提出了批判性质疑，他重新论述了“时间”和“历史”的定义，让没有科学背景的外行人士也可以通过本书重新思考“时间”。

◎作者简介

阿里耶·本-纳伊姆（Arieh Ben-Naim），1934年出生于以色列，毕业于耶路撒冷希伯来大学，1965—1967年在纽约州立大学做博士后；1972年4月开始在以色列的耶路撒冷希伯来大学担任副教授；1974年10月担任耶路撒冷希伯来大学物理化学教授；目前在耶路撒冷希伯来大学化学研究所工作。年轻时曾经做过飞行员，后来还对理论生物学和演化生物学产生了浓厚的研究兴趣。

◎译者简介

李永学，1982年取得物理学学士学位，曾去往德国进行访问学习。1988年取得物理化学博士学位，同年成为英国博士后，此后在英国从事科研、教学工作。2016年退休成为自由译者，目前为止已经参与很多书籍的翻译工作，已经出版《无言的宇宙》《星际迷航经济学》等书籍。

Ø 人人都可参与的简单话题，不论内行还是外行均可从本书中受益。

Ø 涉及经久不衰的热点理论和问题——宇宙大爆炸、时空穿梭、黑洞理论等。

Ø 语言通俗易懂，行文风格犀利又不失幽默，轻松又不失严谨。

Ø 用有趣的思维小实验解释艰涩难懂的物理问题。

Ø 对多本经典著作进行分析并评价，引导读者运用批判性思维解读科学文本。

本书面向任何对时间有兴趣的读者，任何想知道科学家们就时间问题写过些什么东西的读者，和那些想要把阅读有关时间的文章作为享受的读者。本书面向的读者从没有科学背景的外行人士到最有经验的科学家，所有人都可以从本书受益。

写作本书出于三重目的。首先，我要证明，人们可以用一页纸—最多不超过两页—叙述时间的历史；其次，我想要批判地检查一下其他作者有关时间的历史写了些什么；最后，我想要训练读者批判地阅读科学作品的能力。

人们可以把这部书视为斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）的两部书的续集：其中第一本是1988 年出版的《时间简史》（A Brief History of Time，以下简称《简史》），另一本是发表于2005年的《时间更简史》（A Briefer History of Time，以下简称《更简史》）。

正如我将在这本书中让大家看到的那样，时间最简短的历史可以用一两页纸写完。有关时间的历史没有什么好多说的。事实上，最短的历史也是最长的时间史。

霍金的书于1988年出版后不久，我就拜读了。出于如下原因，我个人并不是很喜欢这本书。首先，这本书的标题对人有误导作用。第一，这本书的大部分内容说的都是科学史，而不是时间史；第二，这本书的内容比较烦琐，结构不清晰，就像一份从亚里士多（Aristotle）到当代科学史中选取的项目罗列表格一样。更为恰当的书名应该是“从古代到现代”（From Antiquity to Modernity）。而我最不喜欢的是其中有关时间与热力学第二定律的不恰当联系，我认为这本书不应该出自像霍金这样水准的科学家之手。

2006 年，在撰写题为《熵的神秘国度》（Entropy Demystified，见2.3节）的书时，我也阅读了霍金于2005 年出版的《更简史》。这本书显然在第一部书的基础上做了改进。写作的风格更加简约明晰了，题材的选择也更恰当了。更重要的是，第一部书中有关时间与熵和第二定律的内容都没有在这本新书中再次出现（详见6.2节）。但《更简史》这个书名仍然存在着误导，因为在这本书中，能够与时间的历史搭上边的东西实在少得可怜。

而让我感到疑惑的是，《简史》中一些与时间有关的部分在《更简史》中被完全删去了，而在《更简史》中作者却没有解释原因。这是因为作者顿悟，发现这些部分是错误的吗？或者说，删去它们只是出于删繁就简的原因？我将在本书第5章与第6章中较为详细地探讨这个问题。

本书由三个主要部分组成。第一部分由两个介绍性的章节组成，分别是“什么是时间”和“什么是某种事物的历史”。第二部分由第3章和第4章组成—这一部分是本书的核心，其中的内容紧扣每个章节的标题，同时也紧扣全书的主题。

我在书中分别处理了时间和空间，尽管人们当前认为，它们二者结合，形成了时空，甚至有些作者在作品中表明，空间与时间维度是等价的，但实际情况并非如此。1第三部分由第5章和第6章组成。第5章讨论了熵和热力学第二定律，以及它们与时间之间的关系。我使用通俗易懂的语言，认真详细地解释了熵和第二定律的概念，希望每个读者都能够理解我想要传递的信息。我并没有叙述大部分专业细节，对此有兴趣的读者们可以从我以前出版的书〔Ben-Naim（2008a，2012，2015a）〕中找到这些细节。在本书第6章中，我批判性地讨论了有关书籍，这一部分是理解这些讨论的关键。无论过去与现在，人们都把熵和第二定律与所谓的时间箭头联系在一起。在大多数情况下，当作者写到时间的意义时，这些概念都被人误用与滥用。我希望说服读者，让他们相信，熵和时间之间并没有联系。事实上，我撰写整个第5章的目的都在于说服读者，让他们认识到，这样的一章不应该存在于讨论时间的历史的书中，这多少有些自相矛盾。

熵并不是对无序、无组织或者混乱的度量；熵不是对能量分散的度量；熵不是自由度的度量，它也不是某种信息，熵更不是时间。如果你相信任何有关熵的这些“含义”，你必须给出证明！

熵是香农（Shannon）的信息度量（SMI）的一个特例。我已经在别的书中证明过这一点〔见Ben-Naim（2008a，2012，2015a）〕。SMI的定义是与一个处于平衡的热力学系统相关的特定分布，这个系统的熵与SMI成正比。换言之，当这个系统在变化中走向平衡时，它的SMI 随时间变化。仅当系统达到平衡时，SMI 才取得它的最大值，这个值与系统的熵成正比。遗憾的是，人们就时间与熵之间的关系写下的大部分东西都是一团混乱。这团混乱的始作俑者是克劳修斯（Clausius），他的主张是“宇宙的熵一直在增加”。这是对第二定律的一个十分遗憾的构想。我们可以原谅克劳修斯对第二定律这样一种过分笼统的表达。但许多科学家甚至直到今天还在重复这一空洞的陈述，尤其是当他们写到大爆炸时的宇宙。

正如我在第6章中阐述的那样，宇宙大爆炸是一个高度推测性事件。我认为，人们在这一理论中提出的假设过多，他们通过倒推那些假设，形成了大爆炸这一猜想，而所有这些假设，没有一个得到证实。因此，宇宙大爆炸极有可能根本没有发生过。遗憾的是，对于大部分以大爆炸为题材写作的作者来说，他们都让读者觉得，这是一个得到了充分证明的事实。

宇宙的熵是无法定义的，无论从理论上或者实验上都不行。因此，声称“大爆炸时刻的宇宙的熵很低”，这一点完全无从谈起。大爆炸是否存在尚无定论，声称“在这一事件时宇宙的（没有意义的）低熵值能够解释我们的存在”，我认为，这种说法是荒唐的，而且肤浅到了荒谬的程度。

我也会在第6章中批判性地评论《简史》和《更简史》，以及其他讨论时间、时间史和时间理论的书籍。我们可以将这一部分视为时间史的历史。

最后，我希望能够让读者意识到：

1. 时间在本质上是不受时间影响的！它没有历史。

2. 无论熵或者热力学第二定律，都与时间毫不相干。

3. 一个实体物体的历史是发生在一系列空间点与时间点上的事件的一份清单。

4. 几乎完全没有办法说出某个抽象概念，如美、数学定理或者时间的历史。

我希望你会因为阅读本书而感到快乐。

阿里耶·本-纳伊姆

以色列，耶路撒冷希伯来大学，物理化学系

电子邮箱：[email protected]

序　言 ／1

致　谢 ／6

缩略语表 ／7

1　什么是时间 ／1

1.1 前言 ／1

1.2 我们能够定义时间吗 ／5

1.3 时间在流动吗 ／7

1.4 是否存在时间箭头 ／12

1.5 是否存在心理学时间箭头 ／15

1.6 是否存在热力学时间箭头 ／17

1.7 是否存在宇宙学时间箭头 ／21

1.8 时间有起点吗，它会有终点吗 ／22

1.9 我们能够回到过去或者跨入未来吗 ／25

1.10 时间会摧毁任何东西吗 ／26

1.11 万事皆有定时 ／28

2　什么是某种事物的历史 ／31

2.1 人类简史 ／32

2.2 阿里耶·本- 纳伊姆的简史 ／35

2.3 《熵的神秘国度》简史 ／45

2.4 我的书写工具简史 ／48

2.5 美之简史 ／50

2.6 一个数学定理的简史 ／51

2.7 一个物理学定律的简史 ／54

2.8 进化论简史 ／56

3　空间最简史 ／59

4　时间最简史 ／61

5　熵和热力学第二定律 ／65

5.1 一些历史要点 ／66

5.2 香农的信息度量 ／71

5.3 进化的20Q游戏 ／80

5.4 什么是熵 ／85

5.5 熵永远增加吗 ／90

5.6 SMI 随时间变化吗 ／100

5.7 熵会随时间变化吗 ／108

5.8 熵变化的两个例子 ／111

5.9 运动方程的可逆性和热力学不可逆性之间有冲突吗 ／117

5.10 熵会摧残任何事物吗 ／126

5.11 结论 ／127

6　时间史的历史 ／131

6.1 《时间简史》 ／132

6.2 《时间更简史》 ／168

6.3 《永恒》 ／177

6.4 《起点与终点》 ／199

后　记 ／205

附　录 ／209

注　释 ／219

参考书目 ／222

出版后记 ／226