第二章
時間的本質
到目前為止,科學家已認識到時間具體有兩重性:對稱性(或可逆性)及其破缺(或不可逆性)。對稱性時間源自牛頓力學(牛頓第二定律的表述方程經時間反演變化即用——t替代t後保持不變),按照這種時間觀,現在、過去、未來是沒有區別的,如行星無休止的圓周運動,鍾表指針圈複一圈及氣候春夏秋冬年複一年的循環。
19世紀中期,開爾文(英國)等發現了熱力學第二定律。按照這個定律,物質和能量隻能沿著一個方向轉換,即從可利用到不可利用,從有效到無效,從有秩序到無秩序。如煤燃燒後,成為無法生熱的煤灰,並向大氣層放出一氧化碳等廢氣。這就意味著時間對稱性的破缺,宇宙萬物從一定的價值與結構開始,不可挽回地朝著混亂與荒廢荒廢(huānɡfèi):荒疏;不利用;浪費。發展,不同時刻的價值與結構不相同。第二定律揭示了一種“退化”的非對稱性時間。“君不見高堂明鏡悲白發,朝如青絲暮成雪”(李白《將進酒》)就反映了這種時間觀。
幾乎與此同時,進化論者發現了發生在生物界和人類社會的時間對稱性破缺,創立了進化時間觀。達爾文認為,地球上的生物處在不斷進化之中,從簡單到複雜,從生命的低級形式向高級形式,從無區別的結構到互不相同的結構。馬克思認為,人類社會是逐漸由低級向高級,向更加完善更加有序的階段發展的。與退化論者恰成對照,進化論者的這些發現是令人十分樂觀的:隨著時間的流逝,宇宙將進化得越來越精美,不斷地向更高水平發展。
從人的一生依稀可見時間的進化性、對稱性和退化性的縮影。在一個受精卵發育成人的過程中,體內的組織逐漸逐漸(zhújiàn):漸漸;逐步。從簡單向繁多精密發展。從脫離母體到成年(約20—35歲),人體器官逐步向功能完善發展。從成年到40歲左右,人體各器官的功能基本保持不變。此後,人體各器官的功能逐漸衰老。
20世紀70年代中期,通過對組織現象的仔細考察和長期研究,普利戈津提出了耗散結構理論。按照該理論,可逆性是時間具體有對稱性的基礎,不可逆性是時間進化和退化的本質,一個非平衡係統(係統的溫度等狀態參量隨時間變化,或係統與外界存在諸如熱流粒子等宏觀流動)的演化過程,可用數學中的分支點理論的描繪。一個非平衡係統(無論是生物或非生物係統)經過分叉點A、B演化到C時,對C態的解釋必然暗含著對A態與B態的了解。C態的秩序和結構比A態與B態的既有可能更高級精密(進化)也可能更低級簡單(退化)。普利戈津就這樣定量統一地解釋了時間的進化性和退化性。
大爆炸模型(伽莫夫等,20世紀40年代)和爆脹模型(古斯等,80年代)揭示了時間在宇宙尺度上的對稱性破缺:約200億年前,宇宙還是一個質量密度無限大的“奇點”,一次巨大的爆炸爆炸(bàozhà):物體體積急劇膨大,使周圍氣壓發生強烈變化並產生巨大的聲響。,並經過200億年的近光速膨脹,形成了現在的宇宙,且還在膨膨:pénɡ。脹。在基本粒子領域,美國科學家克羅寧和菲奇發現了時間對稱性自發破缺的現象(1964):C介子在衰變過程中,對於空間反射和電荷共軛變換不守恒,從而說明了時間反演對稱性自發破缺。
愛因斯坦曾認為,時間不過是人的主觀“幻覺”而已。他說:“對我們這些信念信念(xìnniàn):自己認為可以確定的看法。堅定的物理學家來說,過去、現在與未來之間的差別隻是一種幻覺,雖然是一種長久不變的幻覺。”這種觀點未免過於偏頗。如上所述,時間是具有客觀性(事物或發展或退化或不變是客觀的)。但不可否認,時間確與人(的主觀性)有聯係。搞清楚時間的最終本質是科學家的一大願望。金屬氫
氫在自然界100多種化學元素中可以稱得上“老大哥”了,因為其原子序數為1,所以即使對化學知識了解很少的人,也會首先想到它。氫也正是由於其得天獨厚的地位,因而引起了科學界的廣泛矚目。
氫作為化合物的形成存在於我們的周圍,已被人們廣泛認識,如我們飲用的水(H2O),就是同氫和氧化合而成的物質,我們胃內的胃酸即鹽酸(HCL)也是一種氫的化合物。其實在我們機體的細胞組織中含有的氫離子(H+)則更多了,它們在我們生命的活動中,起到重要作用。氫以非化合物形式存在,我們也對此有些了解,如液態的氫是目前航天領域中獨領風騷騷:sāo。的動力燃料,其燃料所產生的熱能遠遠超過了我們現已知的可用性燃料,並且其體積小、重量輕,已成為航天器中最為理想理想(lǐxiǎnɡ):對未來事物的想像和希望。的動力來源。
在氫為我們創造了大量的不朽傑作的同時,人們不禁又突發奇想,氫在常態下是以氣體的形式出現,能不能將其製成金屬呢?這種想法不是沒有科學道理的,因為與氫同屬一族的其他元素都是金屬,惟獨氫是氣體,這看起來似乎不應該,那麼有沒有什麼辦法將氫製成金屬呢?
英國物理學家貝納爾早在60多年前就曾做出一種預測,隻要有足夠的壓力,任何非金屬物質均能夠變成金屬。因為在極大的壓力下,可以使原子之間的化學鍵受到破壞,使原子間距縮小,從而原子間的相互作用大大加強,將原來隻能在一定分子軌道上運動的電子變成自由電子。這樣,該自由電子就變成各個原子所共有,從而形成具有自由電子的金屬了。按照貝納爾的設想,科學家們便著手於這項巨大的工程研究,結果是令人驚奇驚奇(jīnɡqǐ):驚訝,詫異。的,科學家們在超高壓的作用下,已成功地將非金屬物質如磷磷:lín。、碘碘:diǎn。、硒、硫等變成了金屬,使之成為了既有金屬光澤,又有良好導電性的金屬物質。進入20世紀80年代,科學家們又成功地將氖氣在32萬大氣壓和32K的條件下變成了金屬氖,隨後又在100萬大氣壓下成功地製成了具有金屬光澤的氧。於是人們又開始向更高的尖端進發了,他們要製出金屬的氫。
據科學家分析,金屬氫將具有極為特殊的性質,如常溫超導性、高導熱性以及高儲能密度。當然,這些僅僅是科學家們的推測,至於金屬一旦製成,是否真的像人們所想象的那樣,目前還一無所知。人們一次次的嚐試均失敗了,然而這更激發了科學家們的鬥誌和探求精神,終於人們在超高壓壓力機下得到了一線希望。當超高壓壓力機達到100萬個大氣壓時,人們在兩個壓砧之間通入純度極高的氫氣,並且將溫度降至4.4K時,奇跡發生了,人們終於在兩個壓砧之間得到了一種具有金屬光澤,(其電阻率不足原來百分之一的金屬氫)更值得欣慰欣慰:xīnwèi。的是,當人們將超高壓力減少時,其仍能穩定地處於金屬狀態,這無疑為那些苦苦探尋金屬氫的科學家們注入了一針強心劑,於是他們又開始向更新的階梯攀登。但是,目前擺在我們麵前的困難還很多,如超高壓機的研製研製(yánzhì):研究製造。、開發,金屬氫常溫下能否穩定存在,以及將來能否大批量地生產與製造,這一切我們無法告訴人們。至於這個美好的構想構想(ɡòuxiǎnɡ):構思;形成的想法。能否實現,還有待於時間來回答。