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高考前夕时间旅行的可行性研究报告


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扩展猫粮

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……算了还是赶紧上床睡觉吧,别睡过头了,明儿还考试呢。

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十一提供此图

熵并不能阻止时光倒流

如果我能回到过去,我一定要把彩票号码带给自己;

如果我能回到过去,我一定会督促自己在夏天之前减肥;

如果我能回到过去,我一定……还会选择和TA相遇……

很可惜,我们也就只能想一想而已。如果真想回到过去,让时间倒流,那么我们必须面临一个物理难题——熵大宇。

视频中提到,熵是单向的,只能变大。所以时间也是单向的,只能走向未来,不能逆转。

不过不要慌,因为熵不是万能的,使用不当会出现一些奇怪的bug。

举个栗子。

大部分人都直接把熵和“无序”这一概念联系起来,认为熵只是一个代表混乱程度的数值罢了。于是,

越整齐越舒爽越让强迫症们觉得开心的东西,熵就越低;

越混乱越难受越让强迫症们濒临崩溃的东西,熵就越高。

嗯……这样就产生了一个“bug”:既然熵是单向的,那么按道理来讲,混乱程度也应该是单向的。整个宇宙应该会越来越混乱,怎么可能会出现人类这种高度有秩序有组织有纪律的东西呢?

换句话说,到底是熵出了问题,还是进化论出了问题呢?

其实都没啥问题。出bug的原因在于,熵并不完全等于混乱程度。只有在那些简单的、封闭的、不食人间烟火的、处于平衡态的孤立系统中,熵才可以近似理解为混乱程度。

就像《时间之箭》一书提到的,我们的宇宙极其复杂,时刻处于运动演变之中,根本和“平衡”、“简单”等字眼儿沾不上边。而且地球作为一个系统,它和身边的各个兄弟姐妹不断发生着各种作用,所以也根本谈不上“孤立”,不能用熵这一简单概念来描述。这么看来,宇宙演化的方向和熵也没有太大关系了,它甚至可以同时朝着有序和无序两个方向发展。

既然如此,凭什么时间不能双向流动呢?

芝诺一个乌龟砸过去,时间就静止了!

嗯……既然提到了芝诺,那我们先回顾一下“芝诺悖论”吧。

芝诺悖论是说,有个叫阿喀琉斯(Achilles)的神话人物,由于某些原因,需要追一只乌龟。

一开始呢,二者相距9米,而且阿喀琉斯速度比乌龟快不少,乍一看这任务毫无难度。

但是,芝诺身为一个数学家,他觉得这个问题不太对。他是这么想的:

当阿喀琉斯跑了9米之后,乌龟又向前跑了0.9米,没追上;

之后阿喀琉斯又跑了0.9米,但是乌龟也向前跑了0.09米,还是没追上;

然后阿喀琉斯又跑了0.09米,但是乌龟也没闲着,继续跑了0.米,所以还是没追上……

……

那这么一直跑下去,阿喀琉斯永远追不上乌龟啊对不对?

当然不对了……假设阿喀琉斯速度为10m/s,乌龟速度为1m/s,那么接下来的计算大家都会:阿喀琉斯追上乌龟需要9/(10-1)=1秒。然而根据芝诺的观点,阿喀琉斯追上乌龟需要0.9+0.09+0.+……=0.9后面跟上无数个9。所以问题自然而然的就变成了:

1=0.……(无数个9)吗?

答案显然是,相等。这个问题说难也不难,说简单吧三言两语也讲不清。其实只要当年……或者即将到来的高数课上认真听讲,这个等式很容易理解,我们就不拓展了。

总而言之,芝诺两个字成为了“时间有限,操作无限”的代名词。

20世纪70年代,得克萨斯大学奥斯汀分校的米斯拉(Misra)和苏达山(Sudarshan)发现了量子力学中的芝诺效应——一个原子原本随时都会衰变。但如果我们连续不断的观测它,它就永远不会发生衰败。对于这个原子来说,时间仿佛静止了一样。

年,美国科罗拉多州的研究小组做了一个更精妙的实验。

天刚蒙蒙亮,小城居民们还在熟睡,研究人员们就已经准备好了个质量上乘的铍原子。对于研究员来说,这些铍原子已经是熟客了。只需施展一些电磁学小技巧就能发现,这些铍原子都处于能级状态1。

但是研究员并不满足。在讲究色香味俱全的科学家眼中,能级状态2才是铍原子最好的归宿。于是他们花上了几个日夜,为这个铍原子准备了一口“电磁大锅”。在大锅的烹饪下,只需0.秒,个铍原子便可一齐“煮开”,从破旧的能级状态1升级为精良的能级状态2。

然而,研究员仍不满足。作为一名对大自然充满好奇心的物理学家,观察一切细节是他最本质的冲动。他掏出一个激光探测仪,在这短短的0.秒内进行了多次观察。

结果发现,随着观测频率的提升,从能级状态1升级为能级状态2的铍原子数量在不断下降。当观测频率达到0.秒一次时,没有任何一个铍原子能够顺利升级。这,就是属于大自然的奥妙。

所以,拯救薛定谔的猫的办法也很简单:不断观测那颗原子,它就永远不会衰变,所以也就永远不会触发机关放出毒气。

全宇宙只有1个电子

视频的最后我们提出了一个很大的脑洞:为什么所有电子长得都一个样?因为全宇宙其实只有一个电子,其它的电子都是它自己在时空上留下的残影。

嗯……要具体解释这个脑洞,还要从这个脑洞的作者——费曼——年轻的时候讲起。

费曼当时还只是个学生,在普林斯顿读研。有一天,他在狄拉克方程(量子力学中一个重要的方程)中发现了一个奇怪的现象:如果把方程中的时间换个方向,同时将电荷反转,那么方程依然成立。

也就是说,一个时间倒流的电子,等于一个时间顺流的反电子;从数学上来讲,量子力学并不反对时间反转。

如果把这个理论推广开来,我们就得到了一个更让人费解的结论:反物质并不神奇,它只是时间倒流的普通物质罢了。

假设现在就是宇宙的开端,也就是大爆炸,炸出了一个正常的电子,于是它开始在时间轴上愉快的奔跑。注意,是时间轴,而不是空间中的坐标轴。

跑着跑着,它来到了世界末日,遇到了和宇宙大爆炸类似的神秘现象,很害怕,于是掉头往回跑。

往回跑也有个头,那就是宇宙大爆炸,它是时间的开始。于是迫不得已,这个电子再次掉头,开始朝着世界末日跑。

……

跑了无数次之后,它在这个时空中留下了无数个残影。时间轴的每一时刻,空间中的每一坐标都有它活动的痕迹。

然后,电子催生了物质,物质组成了星球,星球又聚集成了星系……无数个星系,组成了可见的浩瀚宇宙。

哇,这个脑洞光是想一想就觉得激动不已。

有人发现图中的小彩蛋吗

不过……话又说回来了,我们关心的并不是宇宙起源,而是到底能不能让未来的自己把高考答案送回来。

答案当然是……不能。

因为这套操作并没有违背因果律。用物理学家加来道雄的话来讲,这个电子回到过去,也“仅仅是实现了过去”,并没有改变什么东西。

当然了,最后还是要给即将高考的小伙伴们一个希望:霍金曾经提出过一个“时序保护”的猜想,希望有人能够提出一条定理,可以从原理上彻彻底底的否定时间旅行,可惜至今都没有人实现霍金的夙愿。

所以,万一,我是说万一啊,你考的不是特别理想,其实也没关系。今后的人生可以努努力,搞一搞科研,争取实现时空穿越,把高考答案给当年的自己送过去。

至于如何提高自己的姿势水平嘛……当然是多读书啦!

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