略說 時間之箭 Arrow of Time

從不變的過去到真實的現在乃至不確定的未來,時間好似無情地,一直如江水的流動,奔流到海不復回。但在物理的定律裡,時間卻如一幅盡收眼底的風景畫。沒有任何東西消逝成為過去,也沒有任何東西從未來向你逼近;川流不息的時間流,其實,只是幻象。
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一、時間的本質: 時間反轉的對稱性 (time reversal symmetry)
上文提及,時間是一個測量事物變化的人為概念。它本身只是個數量。一切其他體驗,如時間的流逝,時間之箭,都是心意識的加工產品。(佛經稱 “時空” 為 “心不相應行法”。)

如果我們認真審視一下物理定律—從牛頓到愛因斯坦,從麥克斯韋到玻爾,從狄拉克到費恩曼—所有物理定律都是時間對稱的。換句話說,這些支配物質世界的物理定律,對於時間往哪個方向流逝並沒有偏好。基本物理定律方程的形式不隨時間反演而變動。物理學稱之為時間反轉的對稱性time reversal symmetry. [例外是弱作用力的CP violation及熱力學的第二定律。詳見後面的討論。]

這就是說,如果一個事件如果物理過程是可能的,則同樣的過程是可以在時間反向運行的。因此,在理論上,大多數物理定律沒有時間之箭 (arrow of time)。

二、什麼是時間之箭 (Arrow of Time)?
物理學裡存在著一種矛盾。物理定律都是時間可逆的,但我們的生活中有許多事物,看起來,卻是不可逆轉的,我們的直接經驗卻是時間的箭頭是“單向”的,即時間只向前進,有如一江春水向東流,一去不復返。

一切物質狀態變化進程的自發不可逆性顯示著時間的方向。地球的演變,生命的進化,社會的發展,宇宙的演化等等,各種自然過程無不標誌著時間的流程。潑在地上的牛奶,它不能流回到杯中;當杯子被打破後,不能再復原。我們從一初生,就向年老、死亡之路前進。那我們要問: 是誰在主導這時間的流向? 是依何宇宙定律? 為什麼時間不能倒流?

時間之箭指向未來,並不表示時間之箭就是向未來奔去,就好像羅盤的指針指向北方並不代表羅盤正往北前進;手指著月亮,手不是月亮。時間之箭是世界所發生的事件在時間上的指向,而不是時間本身的不對稱或流動。

三、時間之箭的事例解說

3.1 熱力學的時間之箭
熵 (entropy)是對我們熟悉的東西的一種度量:無序或隨機性。這是一個非常重要的觀念,因為在宇宙裡,有一個運作的趨勢: 所有的事情都是由有序向無序發展運作。它來自熱力學第二定律: 一個孤立系統的熵 (entropy) 只能隨著時間流增加,永不減少,這就是熵增加原理。熵被認為是無序的量度,因此第二定律隱含著一種由孤立系統的有序度變化所指定的時間方向(也就是說,隨著時間流易,系統總是越來越無序)。
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每一種不可逆過程都可以作為熱力學第二定律的一種表述。這不可逆過程是在沒有任何外來影響的條件下自發進行的,過程進行的唯一動因在於系統的初態與末態的差別。

為何我們的日常生活的體驗,總是與物理定律格格不入呢? 我們肯定漏掉了一個重要的環節。如果我們確定過去必須更有序,並且一切都趨向於無序發展,正如熵的方程式告訴我們,是否存在一些,除了物理定律之外,還有別的東西解釋這個現象呢?

3.2 宇宙膨脹的時間: 宇宙從大爆炸之後,一直在加速的膨脹。
如果物理定律不能解釋時間的箭頭,也許我們需要更進一步看看宇宙的初始狀態,大爆炸前的一瞬間。

如果把宇宙的歷史看作是一部電影,你將影片倒放時,你會看到隨著時間的倒退,一切都是越來越有秩序。擁有數十億的星系聚的今天的宇宙,漸漸地會變回到氣體和塵埃雲,所有的一切都向內收縮。這些氣體和灰塵雲越靠越近。所以,如果你回到足夠遠的過去,他們會被擠進一個越來越小的體積。最終停止在一小點上。那麼我們可以看到在這一刻之前,空間和時間不存在。這是終極的有秩序的來源,低熵,這是宇宙時空的起點:大爆炸。大爆炸之前一刻,是一個高度有序的狀態。之後的一切,都在向無序的方向增加。由此我們推測,宇宙剛開始由大爆炸形成時,它的 “熵” 相當低。

所以我們最好的理解是,大爆炸設定了時間的箭頭。我們的宇宙開始在一個非常異常的有序的狀態。這也是為什麼時間似乎有一個方向,由有序走向無序。時間之箭是從大爆炸時,開始發射。自然界的一切運作,總是從秩序到無序,宇宙一直在膨漲。因此,時間之箭一直向前進。

我們只能從過去到未來。我們周圍看到的一切,所有的變化,星星的形成,對我們的生命來說,都是很小的附帶現象,承載著宇宙不斷朝向無序變化的浪潮前進。所以大爆炸可能已經在我們的宇宙蓋上時間的箭頭。

3.3 輻射波的時間之箭
波,包括無線電波以及聲波或甚至扔到水中的石頭激發的水波,都從它們的源頭處向四周擴散,儘管波動方程除了這種形式的擴散波之外,也允許從四周聚攏到中間的收斂波。由於一個擴散波的傳播往往會增加熵,而收斂波則會減少熵,因此通過波的傳播收斂方向來判定時間方向也是熱力學第二定律的應用。
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3.4 因果的時間之箭
先因後果。先開花後結果。以如是因得如是果。佛教講因緣果報。因此,因果關係與時間的箭頭密切相關。原因一般被認為發生在結果之前。

因果箭頭亦指回到過去是不可能的。沒有人(包括佛菩薩) 能改變我們所知道的關於過去的事情,所謂 “因果報應,絲毫不爽”。你不可能回到過去阻止你父母相遇。你也不能回到過去消業障。這是六道的因果定律。

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About wtsai

台南一中、台大物理、 哈佛博士。曾任教授、科學家、工程師。專長: 吹牛、高能物理、太空物理,地球物理,人造衛星設計、測試、發射、資料回收及科學應用。略涉: 武俠、太極、瑜珈、導引、氣功、經脈、論語、易經、老莊、一乘佛經、禪經、靈界實相、Hawkins、Seth。

13 thoughts on “略說 時間之箭 Arrow of Time

  1. 佛經中提到的時空,非常抽象,雖然隱約可以理解,卻很難用白話表達、形容。

    您這兩篇關於時間的科學解說,淺顯易懂,使得「佛經的時空」和「現實科學的時空」,有了清楚的聯結、印證。讀了之後受益很多。

    • 有緣師兄:

      華藏世界是蓮華藏世界的簡稱,是毗盧遮那法身佛的淨土。描述於華嚴經第五品: 華藏世界品。所說的都只是譬喻,只能意會,不能言傳,更不能依文解義。只是在說華藏世界的無量莊嚴、廣大無邊際、重重無盡。但凡所有相都是虛幻,應作如是觀。

      華嚴經中說,在風輪之上的香水海中有大蓮華,此蓮華中含藏著微塵數的世界,叫做蓮華藏世界。此世界總共有二十層,我們所住的娑婆世界和西方極樂世界,就在華藏世界的第十三層。

      這只是描寫一個不可思議的無限維度法界。華藏世界是一切世界的總稱,包括娑婆世界、極樂世界、袈裟幢世界、勝蓮花世界等,從相上講是華藏世界,從性上講是一真法界。

      信堅

  2. 信堅大學長你好
    可不可以再請教
    如果你有空的話 請你指點迷津

    問題的起源是這樣的
    有一個同學台大畢業後在加拿大
    是一位基督教徒
    他十分熱切地跟我傳達福音
    而我工作的醫院裡
    也有很多基督徒跟天主教徒
    個人觀察
    因為有著宗教信仰
    大部分的教徒在待人處事上
    都比較善良 比較有同理心
    早期台灣有很多外國或是本國的教徒
    自願在醫療落後的東部服務
    記得當實習醫師那一年 讀到了一位醫療奉獻獎的墓誌銘
    他這樣寫著
    其實非常感動 因為自嘆不如
    “陳博士因愛心來關山,他爬過高山,涉過深水,對象不分貧賤富貴;只因為上帝愛著人類,他行醫風雨無阻三十年。”

    但是 我不認為那是究竟法
    如果把人類比喻成天上繁星
    他們無私的付出 很像是一個又一個的超新星或是新星
    壽命福報長久 可是終有定時 生生滅滅
    可是 我要怎麼證明我是對的呢

    所以 可不可以跟你討論一下 聽聽看大學長的觀點
    我的問題如下:
    基督教 大多數不講輪迴 強調現世跟審判
    跟佛教自有佛性不同 基督認為「神是造物主」
    當別人(或是基督徒)問我 你要怎麼證明呢
    我應該要如何闡述我的觀點?

    • Michael 學弟:

      所有信教者,普通都有較高的靈性階層。隨各人因緣,而走不同修行道路。自由選擇,自己負責成果,甚難比較,勉強。

      人類的意識有無量不同階層(等級)。各人的認知,千差萬別。
      世上本無眾生,教因人生。人有不同根性,因此教有分等。創教聖人的本意是都是教導慈悲,教人如何離苦得樂,提高意識階層,增長智慧德能。任何宗教,流傳久了,也有正邪分等。

      大部分宗教,都是為接引下根人 (>80% 的總人口)。大都用恐嚇、威逼、利誘。譬如信者上天堂,不信者下地獄。西方有極樂世界,念佛則可往生。因果報應,善有善報,惡有惡報。先以利鉤,再教以佛智。薰陶久了,眾生的靈性逐漸增高,因此比一般普通人,在待人處事上,都比較善良, 比較有同理心 。也就是說,比較有修養,有慈悲心。由此漸進,至中、上根,則漸脫離宗教束敷,走上探求真理正道,真修實證。

      佛教有迷信佛教,人間佛教、藏通別圓四教,所教導的眾生根機及教義皆不同,隨機施教,因病與藥。基督教有天堂地獄、神造世界、神愛世人等不同教義。基督教的最高修行層次是聖人(Saints)。相當於佛教的四聖法界。

      一切經典,都有教理行果,教人如何信解行証。經典也有真諦、俗諦之分。一般來說,基督教的一切經典以及大部分佛教經典,都屬俗諦。

      法界隨人的靈性階層,而分: 一真法界、四聖法界、六道。
      真佛、大菩薩住一真法界。
      假佛(藏教佛),假菩薩(藏教菩薩),緣覺、聲聞住四聖法界。
      其餘住六道: 天道、阿修羅道、人道、畜生道、餓鬼道、地獄道。

      基督教及道教,普通講,最高層次是天道。都未出六道輪迴。佛教所說的外道,最高是四聖法界。唯有一乘佛教,講一真法界。

      俗語說: 秀才遇著兵,有理講不清。 老子說: 下士聞道大笑之。不同靈性階層的人,彼此之間,甚難溝通。因此,點到為止,多辯無益。

      信堅

      • 不同的宗教之間的異同
        好像還不是我這樣的人可以解釋完全
        所以對於我自己更要好好認真修學才是
        謝謝信堅學長的講解

    • Heidi 師姐:

      雞年新春大喜! 謝謝來函鼓勵。離上次來函,已隔兩年,想來師姐,靈性一定提高很多,一切順利、安康! 祝福妳。

      信堅

    • Brian 師兄:

      我不知這網站跟台大有何關聯。

      此網站所說,大都是闡揚 “南傳佛教” 的 阿含經。南傳佛教主要教義有四:
      四聖諦: 苦、集、滅、道。
      八正道: 正見、正思惟、正語、正業、正命、 正精進、正念、正定。
      三法印: 諸行無常、諸法無我、涅槃寂靜。
      四念處: 觀身不淨、觀受是苦、觀心無常、觀法無我。

      師兄所介紹的文章,主要是詳細解說 阿含經裡世尊所教導的 “觀色無常”。凡所有相,皆是虛妄。若見諸相非相,即見如來。

  3. 信堅大師的開示,果真通於法界和人世界。寫寫小弟的讀後感言。

    宇宙大爆炸產生了時間,空間和能量,然後孕育出各種生命和我,這個我還真是不可思議。時間,空間和能量這三位一體的魔鬼,似乎可以互相轉換,而且都只有正量,沒有負的。這三個都是相對存在,譬如時間以半夜為0點,長度距離都要有參考點。所以存在是相對存在,有是相對有,無是相對沒有。

    當這三個存在時,也就是不均勻時,就有了驅動力,有了活動,也就產生了熵,熵也就是亂度,讓這個宇宙更亂更均勻,所以熵永遠都是正的。

    簡單的說,這個宇宙的魔鬼會愈來愈少,而代表天使的熵則是愈來愈多,當魔鬼全被消滅後,這個宇宙就死了,或者說這個宇宙相對不存在了,只能等待下一次上帝點火,再次引起大爆炸了。

    以上純屬第六識的幻想,跟我無關。感恩。

    • 海莊師兄:

      師兄領悟力強,但看來師兄仍是跟信堅一樣,迷失在時間之箭裡。既然一真法界裡沒有時間與空間,為何人的心意識全息放映機,只能向前放,而不能如電影放映器一樣,可以倒放呢? 是誰規定的? 是否存在一些世界,時間是倒流的 ? (其實信堅也不知答案。也許修行,返聞聞自性,性成無上道,就是返本還源)。

      一般的解說有下面幾種,都是強詞奪理:
      一是熱力學時間箭頭,即是在這個時間方向上無序度或熵增加;
      二是宇宙大爆炸的時間箭頭。宇宙還在繼續膨脹。
      三因果定律。業障不能消除,法爾如是。
      四歸根究底,都是愛因斯坦惹的禍。他說,信息在任何坐標裡,它的傳播最高速度是有限的光速,每秒三十萬公里。因此時間雖然可以減慢,但不能倒轉。[即除非信息能超過光速傳播,時間的箭頭才能倒轉。]

      至於通過蟲洞,可以回到過去,只是科幻。依據廣義相對論,接近黑洞時,時間可以緩慢到幾近於停止,但不能轉變方向。

      信堅

  4. 信堅先生您好:

    台灣 1106 2017 後學在家裏剛巧看到 F.A.S.T. a NGC program.
    感觸良多!天文學 (astronomy) such a lonely word almost like Physics.。「F」的意義是「直徑500公尺的,觀(宇宙)望遠鏡。」以科學人求真的心理而言,「太了不起了!」此般重量級設備的投資,與「可能想像的未來」,「探索宇宙?」已經變成一可見的事實。

    Well, 不材,深深深以為「中」「西」方在所謂「科學」的「概念」上完全是不一樣的「路」。愛辯論的人,也許會說「東方」或「中」,至「佛」入中土以來早有「因明」說。所以,所謂的「邏輯」觀。難不成又要找事吵鬧一番嗎?但,我認為「邏輯」能力是人類有「文明」以後:自然演化的成果(比猩猩或狗狗優一點點而已),不用分東南西北。差別之處,是「爭辯時,願否承認。」罷了。

    中華(中國)儒釋道三家的綜合體文化,是『真實的存在。』完全不需要以西方科學銓釋的方式,重新表達。天干,地支,五行,八卦。或如,黃帝內經(代表的中國醫術),農稼等等。都應該以中國人的方式表述(因為這完全是不一樣的體系)為什麼要用西方的科學模式來解釋他們完全不懂的中式古文化。

    就算華人自己都搞不懂祖先在說什麼? 所以 百魔 突發奇想,以一莫明的節錄,結束此文。南懷瑾先生 說心經如下(部份節錄):
    把六百卷大般若經濃縮為五千字的是金剛經,再把五千字的金剛經濃縮為二百多字的是心經,我現在再把心經濃縮為一句,就是“照見五蘊皆空”。觀音菩薩照見五蘊皆空,未來的菩薩亦照見五蘊皆空,過去的菩薩亦照見五蘊皆空,現在學佛的人亦要照見五蘊皆空,路就是這樣行。把照見五蘊皆空,再濃縮為一個字「照!」 「照即照顧。」

    百魔 渾人也 不學無術

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