有關(guān)“熵”的報道兩則

一、量子記憶缺失產(chǎn)生“時間之箭”①

所有物理學的基本定律都沒有說過時間只能向前移動，但我們從未發(fā)現(xiàn)任何時光倒流現(xiàn)象——例如突然重行合攏起來的已破了殼的雞蛋、或者是從溫水池中形成的冰晶.現(xiàn)在，一項新的研究認為時間之箭是量子力學的記憶缺失之后果，該健忘癥抹殺掉了時間有過的向后移動的任何痕跡.

我們的時間含義被囿于熱力學第二定律，該定律聲稱：任何封閉系統(tǒng)，從一孤立的箱子里面的粒子到整個宇宙，只能是越來越無序.熵(Entropy)是對此無序度的量度.熵值只能增加，不會減少.

在宏觀世界中，熵的變化伴隨著熱量的流動，而熱流總是從熱的物體流向較冷物體的.熵之變化也能被描述為信息流：一個系統(tǒng)的熵值越高，其所含的信息量越少.在量子世界：低熵的箱內(nèi)粒子相互糾纏的程度不如高熵的箱內(nèi)粒子相互糾纏的程度.

美國麻省理工學院的馬可尼(L.Maccone)說，關(guān)于這一點，熵之不停頓地增長，因而熱力學第二定律可能只是一個錯覺(illusion)，一個量子力學的人工制品(artefact).量子力學定律是時間-對稱的，這意味著時間既可向前也可向后流動.馬可尼認為，“如果仔細分析‘定律’，但它們卻不遺留下曾經(jīng)出現(xiàn)過的任何痕跡.”

馬可尼爭辯：在熵減少的系統(tǒng)，發(fā)生的事件與觀測者之間的聯(lián)系或關(guān)聯(lián)被抹凈了.缺乏此信息，觀測者，如我們，便不能看到事件了.例如，當破了殼的雞蛋已自行合攏還原，但我們卻未見到此情景的出現(xiàn)，因為有關(guān)這類事件的信息是不被保存的，好像是此類信息實際上從我們的記憶中被抹去了.

欲使量子力學適用于雞蛋般的日常尺度，首先要它能在超出原子能級起作用，但從未見到自然界在較大尺度上以量子力學方式行事的證據(jù).

二、超大質(zhì)量黑洞將使宇宙熱寂②？

眾所周知，德國物理學家克勞修斯(R.Clausius 1822～1888)提出的熵是系統(tǒng)內(nèi)部混亂度的量度！該物理量自從宇宙誕生以來一直在增值.澳大利亞國立大學的伊根(C.Egan)和萊恩威弗(C.Linewea-ver)引用最近發(fā)表的天體物理數(shù)據(jù)計算宇宙中之一切、包括氣體和引力子在內(nèi)的總熵，結(jié)果出現(xiàn)：超大質(zhì)量黑洞是此總熵的最大貢獻者.熵反映在一個物體內(nèi)物質(zhì)和能量可能安排的數(shù)目.因為黑洞的內(nèi)部狀態(tài)處于安全地隱秘之中，故它所能容納的物質(zhì)之不同組態(tài)的數(shù)目是難于知曉的.

兩位科學家發(fā)現(xiàn)可觀測宇宙內(nèi)的一切含有約10104個單位的熵(J/K)，較之以前不包括一些最大的已知黑洞之估計高約10至1 000倍.

如果熵達到一極大級位，那將意味著宇宙的熱寂(heat death).此時，將無能量的流動，因為一切都處于同一溫度之下，從而生命和任何變化過程都不可能發(fā)生.雖然黑洞提升了宇宙的總熵，但不清楚的是它們是否會加速宇宙達到熱寂.美國俄勒岡大學的物理學家許斯蒂芬(Stephen Hsu)說:“熱量的流動使整個宇宙的溫度趨于平均，但超大質(zhì)量黑洞對熱流的貢獻并不是很多的.”

事實是這些黑洞在通過發(fā)出霍金輻射(Haw king radiaion)慢慢蒸發(fā)，粒子在靠近它們的邊界產(chǎn)生.這種輻射能夠?qū)е掠钪鏌峒?但對于一超大質(zhì)量黑洞要將近10102年才能把自己蒸發(fā)光.許斯蒂芬說：“那些黑洞內(nèi)部的熵實際上是永遠地閉鎖在那里的.”這樣，在恒星燃盡和它們的物質(zhì)衰變很久之前，我們或許就能達到一個接近于熱寂的狀態(tài).

注：①按Rachel Courtland ,Quantum amnesia gives time its arrow,New Scientist(29 August 2009),11編譯

②按Rachel Courtland ,Mammoth black holes push universe to its doom,New Scientist(03 October 2009),8編譯

(瑞 林)