【 RFA 】  时间: 2/17/2016              

江棋生:我和引力波还真的有缘份

作者: 江棋生 江棋生

人类首次直接探测到引力波的消息一经发布,立马在全球物理学界造成了极大的轰动效应,并迅速在公共空间中成为超级刷屏和引爆朋友圈的特大新闻。在我的微信朋友圈中,太原朋友陈平在第一时间将“爱因斯坦都不敢想象,我们真的探测到了引力波!”一文特意转发给我。陈平对我说:“我们大都看不懂。奋武说,棋生兄肯定能看懂。”同在太原的王奋武,是我的北航校友和八九战友,他,的确说对了。不过,陈平和奋武当时不可能想到,我不仅能看懂关于引力波的文章,而且,我和神奇的引力波还真的颇有缘份。

 

2010927,我完成了一篇物理学论文,题目是:引力波时间之箭与涟漪世界。11天之后的108,我将论文放上了国家科技图书文献中心网的中国预印本系统中。[1] 在论文的摘要中,我写道:

 

时间方向之谜是人类最希望解开的奥秘之一。本文在简要评述了三种不合格的物理学时间之箭后,通过从理论上首次否定“波动方程存在超前势解”这一重大迷误,和作出任意微观过程都存在引力波发射的假定,提出了一种新的物理学时间之箭——引力波时间之箭,并认为:它不仅使洛施密特“可逆佯谬”得以彻底消解,而且目前看来,它乃是破解时间方向之谜的一个最为可取的答案。本文最后指出,唯象的涟漪世界是质能转化的耗散性之体现。

 

什么是我认为的三种不合格的物理学时间之箭呢?

 

第一种是电磁学时间之箭。由于只存在发散的电磁波而不存在收敛的电磁波,一些物理学家就主张用上述性质来表征时间的单方向性,并称之为电磁学时间之箭。显然,如此定义的时间之箭并不具有普适性——它不能被用于判断任何电中性物理过程是否具有时间箭头。

 

第二种是热力学时间之箭。热力学第二定律揭示了孤立体系熵的单调增加性,根据这一性质所定义的时间之箭,被称作热力学时间之箭。这是一个最为著名的物理学时间之箭,史蒂芬•霍金在《时间简史》中曾著有专章对其加以论述。然而,这个时间箭头也没有普适性,它不能被用于微观世界中的物理过程。而且,由于热力学第二定律只是几乎总是真的,而不总是真的,因此即使在宏观世界中,这个时间之箭也并不总是真的。

 

第三种是宇宙学时间之箭。从宇宙在膨胀而不是收缩这一事实出发定义的时间之箭,被称作宇宙学时间之箭。但是,只有在充分、扎实地论证了宇宙只能膨胀而不能收缩之后,这才算定义了一个确定的演化方向,一个时间箭头。否则,以宇宙学时间之箭所表征的时间方向就不能保证是单一的。我们知道,现有宇宙学理论并没有排除宇宙收缩相的可能存在,因此,宇宙学时间之箭也是一种不合格的时间之箭。

 

正是出于对上述三种物理学时间之箭的不能满意,我想到了爱因斯坦于1916年所作出的引力波预言,并在首次从理论上否定“波动方程存在超前势解”之后,首次提出了“引力波时间之箭”这一崭新概念。只要启动任一互联网搜索引擎,对“波动方程不存在超前势解”或“A wave equation has no advanced potential solutions”,以及“引力波时间之箭”或“the gravitational wave arrow of time”进行搜索,就会确知我说的两个“首次”,绝非虚言。

 

在写作“引力波时间之箭与涟漪世界”时,我虽然内心欣喜难抑,但我十分清楚,论文的立论基础存在明显的软肋。我在文中写道:

 

我们有必要强调,爱因斯坦利用弱场近似所作出的存在引力波的预言,是广义相对论的一个依然有待进一步验证的关键预言。尽管有约瑟夫•韦伯(Joseph Weber)和大卫•布莱尔(David Blair)等实验物理学家的不可思议的出色努力,设立于世界各地的引力波观测站至今还没有直接捕捉到引力波的细微效能。当然,天文学家通过观察一对脉冲双星PSR1936+16的轨道周期变化而间接证实了引力波的存在。乔•泰勒(Joe Taylor)和拉塞尔•哈尔斯(Russell Hulse)为此于1993年获得了诺贝尔物理学奖。

 

在“引力波时间之箭与涟漪世界”写成5年之后,人类首次直接探测到了引力波,这既补齐了广义相对论实验验证中最后一块缺失的拼图,也祛除了“引力波时间之箭”这个美丽新概念的软肋。这几天来,我的心里一直是美滋滋的,那可是一点也不假。不过,我的脑子并不很热。尽管我本人相信美国激光干涉引力波观测站(LIGO)的说法,但是,我必须承认,发生于去年914日的GW150914事件还只是一个孤证。而且,眼下也不能绝对排除它是又一次乌龙事件,如201111月的所谓“中微子速度超光速”,以及20143月的所谓“发现原初引力波”。此外,我们也不应像猴年春晚总导演吕逸涛那厮一样,完全无视、“置之不理”对其质疑的各种声音,如我的北航同班同学蔡立先生,他就坚定地认为:从广义相对论的引力场方程中得到的“黑洞”解,是完全站不住脚的。[2] 针对这次给世界带来极大震撼的新闻冲击波,他冷峻、淡定地评说道:过去这些年,物理学这个领域,类似的新闻不断,过几天就平静了。

 

在本文的最后,我要坦率地给“时间旅行”的爱好者们泼上一盆兜头凉水。如上所述,引力波被直接探测到这一事实,是对引力波时间之箭概念的有力奥援;而引力波时间之箭概念的真切涵义是:时间的流逝具有单方向性,大自然的演进过程是不可逆的。这样一来,所谓借助“时间旅行”而“回到过去”的念想,其实是更不靠谱、更接近要完全歇菜了。顺便,我也想在这里,对那些敢去钻“虫洞”的无畏探险者们规劝几句。基于我在“T变换与倒放影片操作毫无瓜葛”一文中的研究,[3] 我有结论如下:在充满时空涟漪的茫茫宇宙中,或许有黑洞,但决没有“白洞”,也没有将“黑洞”和“白洞”连接起来的“虫洞”。因此,希望通过钻洞方式去实现所谓“时空穿越”,不过是南柯一梦而已。

 

参考文献:

[1] 江棋生,引力波时间之箭与涟漪世界,序号1538,自然科学—物理学,

中国预印本服务系统,国家科技图书文献中心网,2010.10.08

[2] 蔡立,质疑黑洞,北京师范大学出版社,20105

[3] 江棋生,T变换与倒放影片操作毫无瓜葛,序号1536,自然科学—物理学,

中国预印本服务系统,国家科技图书文献中心网,2010.09.29

2016216 于北京家中

关键字: 江棋生 引力波
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