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第4部分（第1页）

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本章中的材料大多数来自于《葛罗里百科全书》（The　Grolier　Multimedia　Encyclopedia），参考文献如下：重力学参考文献：

伯格曼？P。G。的《引力之谜》（Bergmann。P。G。，The　Riddle　of　Gravitation，1968），霍金？S。W和以色列？W的《三百年万有引力史》（Hawking。S。W　&　Israel？W，Three　Hundred　Years　of　Gravitation，1987年初版，1989年再版），马修斯等编辑的《万有引力，量子场和超弦理论》（Mathe　Fields　and　Superstrings，1988），米斯纳？查尔斯等编著的《万有引力》（Misner　Charles，Gravitation，1973），国家研究委员会出版的《万有引力，宇宙论和宇宙射线物理》，（Gravitation，Cosmology　and　Cosmic…Ray　Physics，1986），索恩？K。S的《引力辐射》（Thorne　K。S，Gravitational　Radiation，1989），安东尼的《一个老人的玩具》（Anthony，An　Old　Mans　Toy，1989）。

相对论文献：

阿维尼？A的《时间帝国：日历，时钟和文化》（Aveni。A，Emipres　of　Time：Calendars，Clocks　and　Cultures，1989），柯文尼？P和海菲尔德？R的《时间之箭》（Coveney。P，Highfield。R。，The　Arrow　of　Time，1991），柯恩？H。J的《时间及其测量：从石器时代到原子能时代》（Cowan？H。J，Time　and　Its　Measurement：Form　the　Stone　Age　to　the　Nuclear　Age，1958），戴维斯？p的《有关时间：爱因斯坦未完成的革命》（Davies。P，About　Time：Einsteins　Unifnished　Revolution，1995），埃尔顿？L。R。B的《时间和人类》（Elton。L。R。B，Time　and　Man，1987），弗拉德？R和洛克韦德？M合著的《时间的本质》（Flood。R，Lockwood。M，The　Nature　of　Time，1987），弗雷泽？J。T的《时间的发生及演变》（Fraser。J。T，The　Genesis　and　Evolution　of　Time，1982），豪斯？D的《格林尼治时和经度的发现》（Howse。D，Greenwich　Time　and　the　Discovery　of　the　Longitude，1980），科普契恩斯基？W和特劳特曼？A的《空间，时间以及万有引力》（Kopczynski。W，Trautman。A，Space，Time　and　Gravitation，1992），普瓦德万？罗宾和麦克白？莫里合著的《时间的哲学》（Le　Poidevin　Robin，Macbeath　Murray，The　Philosophy　of　Time，1993），欧玛莉？M的《保持警惕：美国时空史》（OMalley。M，Keeping　Watch：A　History　of　Time　in　America，1990年初版，1991年再版），托尔敏S？V和古德菲儿德？J的《发现时间》（Toulmin。S。V，Goodfield。J，The　Discovery　of　Time，1976年初版，1982年再版），惠特罗？G。J的《时间哲学的本质》（Whitrow。G。J，The　Natural　Philosophy　of　Time，第二版，1981），安吉尔R。B的《相对论》（Angel。R。B，Relativity，1980），波恩？马克思的《爱因斯坦的相对论》（Born　Max，Einsteins　Theory　of　Relativity，修订版，1962），蔡森？埃里克的《相对论说》（Chaisson　Eric，Relativity　Speaking，1990），阿尔伯特？爱因斯坦的《相对论的意义》（The　Meaning　of　Relativity，第五版，1956），加德纳？斯坦的《对爱因斯坦相对论的认知》（Gardner　Stan，Understanding　Einsteins　Theory　of　Relativity，1991），罗素？伯特兰的《相对论基础》（Russell　Bertrand，The　ABC　of　Relativity，第三版，1969年初版，1985年再版），陶伯？G。E的《相对论》（Tauber。G。E。，Relativity，1988），威尔？柯利弗德？M的《爱因斯坦是对的吗？》（Will　Clifford。M，Was　Einstein　Right，1988）。

量子力学文献：

伯格？曼彼得？G的《相对论的入门》（Bergmann　Peter。G，Introduction　to　the　Theory　of　Relativity，1942年初版，1976年再版），德维加？H。J和桑德斯？N合著的《场论，量子引力和弦》（De　Vega。H。J，Sanders。N，Field　Theory，Quantum　Gravity，and　Strings，1986），阿尔伯特？爱因斯坦的《相对论的意义》（The　Meaning　of　Relativity，第五版，1956），汉德罗克？查尔斯的《场论及其经典问题》（Hadlock　Charles，Field　Theory　and　Its　Classical　Problems，1979），莫哈帕特拉的《统一和超对称性》（Mohapatra，Unification　and　Supersymmetry，1986），托里雷特？玛丽的《爱因斯坦的统一场理论》（Tonnelat　Marie，Einsteins　Theory　of　Unified　Fields，1966），伯恩斯坦？杰里米的《量子剖面图》（Bernstein　Jeremy，Quantum　Profiles，1991），切斯特？马文的《量子力学的精华》（Chester　Marvin，Prime　of　Quantum　Mechanics，修订版，1992），费因伯格？杰拉尔德的《世界是由什么构成的？》（Feinberg　Gerald，What　Is　the　World　Made　Of，1977），韩？M。Y的《可能的宇宙》（Han。M。Y。，The　Probable　Universe，1992），希利？R。A的《量子力学的哲学》（Healey。R。A，The　Philosophy　of　Quantum　Mechanics，1991），赫伯特？尼克的《量子的真实性》（Herbert　Nick，Quantum　Reality，1985），杰梅尔？马克斯的《量子力学的概念发展》（Jammer　Max，The　Conceptual　Development　of　Quantum　Mechanics，1966），帕格尔斯？海因茨？R的《宇宙的密码》（Pagels　Heinz　R，The　Cosmic　Code，1982），惠勒？约翰和沃依切赫合著的《量子论及其测量》（Wheeler　John，easurement，1983）。

超弦理论文献：

彼得？弗洛伊德和马汉撒帕？K。T合著的《超弦》（Peter　Frenud，　Mahanthappa　K。T，Superstrings，1988），盖茨和哈怕特拉？R。N合著的《超弦》（Gates，Mohapatra　R。N，Superstrings，1987），林德莱？戴维的《最后的物理》（Lindley　David，The　End　of　Physics，1993），彼得？F。D的《超弦和对万物理论的搜寻》（Peat　F。D，Superstrings　and　the　Search　for　the　Theory　of　Everything，1989），伯恩斯坦？杰里米的《第十维度》（Bernstein　Jeremy，The　Tenth　Dimension，1989），费恩伯格？杰拉尔德的《世界是由什么构成的》，里切？哈拉尔德的《夸克》（Fritzsche　Harald，Quarks，1983），帕格尔斯？海因茨的《宇宙的密码》和《完美的对称性》（Pagels　Heinz，The　Cosmic　Code，1982年初版，1984年再版，Perfect　Symmetry，1986），斯蒂文？温伯格的《亚原子粒子》（Steven　Weinberg，Subatomic　Particles，1983年初版，1990年再版）。

对称性文献：

布洛赫？彼得的《基本的对称性》（Bloch　Peter，Fundamental　Symmetries，1987），波特曼？艾伦等编著的《对称性及其在科学上的应用》（Boardman　Allan，Symmetry　and　Its　Applications　in　Science，1973），考克斯特的《几何学入门》（Coxeter，Introduction　to　Grometry，第二版，1989），？艾默生的《在粒子物理学中的对称性法则》（Emmerson，Symmetry　Principles　in　Particle　Physics，1972），加德纳？马丁的《通用的宇宙：镜子对称和时空扭转的世界》（Gardner　Martin，The　Ambidextrous　Universe：Mirror　Asymmetry　and　Time…Reversed　Worlds，修订版，1979），利希滕贝格的《幺正对称性和初级粒子》（Lichtenberg，Unitary　Symmetry　and　Elementary　Particles，1978），路德维希和福尔特合著的《物理学上的对称》（Ludwig，Falter，Symmetries　in　Physics，1988），罗斯？杰里米的《对科学家而言的一个对称性的全盛时期》（Rosen　J，A　Symmetry　Prime　for　Scientists，1983），韦尔？赫尔曼的《对称性》（Weyl　Herman，Symmetry，1952），耶鲁？保罗？B的《几何学和对称性》（Yale　Paul。B，Geometry　and　Symmetry，1968）。

在旋转的宇宙中被叫做光锥（那金之后，1993年）

未来的光锥点几乎都在＋t方位，远离旋转的物质；当物质靠近时，它们开始倾斜。注意：有一条螺旋型的类时线在局部移动，靠近未来…t的方位。换句话说，它由远离物质的观察者进入到过去。（整个世界旋转的物质都在＋t方向上螺旋，那金之后，1993年）。

时光隧道和虫洞。这些不可避免地误导了对穿透三维空间的时间虫洞的解释。在a图中，虫洞连接了两个不相接的宇宙，然而在b和c图中，它们在同一个宇宙中相连接了。虫洞的“手柄”和两个洞口的外部距离相比既不太长也不太短。

图片文字4：《易经》（I　Ching）的六十四个六角线展示了一个圆和一个方形的传统排列。古代的先知认为具有这种形式的时光穿越，它通过对平行世界的一个二维解释能预测即将到来的事件或者允许使用者改变未来。

图片文字5：1969年，在佛罗里达州（Florida）的基韦斯特（Key　West）附近，一个巨大的气旋龙卷风被美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的航空器捕捉到。漩涡的出现很好地解释了三维的媒质是如何突然变成了横跨两个不同的时间和空间维度的一维漩涡丝。

以上出自马里？B。金的《量子真空零点能》

第二章

相对论与时空曲率：从熵到时间的反演不变性以及更多在科学领域里，人们往往会已每个人都能理解的方式被告知一些事情——这些事情以前没有一个人知道。而在诗歌中恰恰相反。

——保罗？狄拉克（Paul　Dirac）

数学家就像法国人：不管你说什么，他们总会翻译成自己的语言，而且这些语言有特殊的意义。

——歌德（Goethe）

对于机械的时间旅行设备的渴望，带领我们进入了相对论和时空曲率的领域。在《星际迷航》中，美国海军想要达到一种“经编”速度，因为拥有能量全满的水晶球，实现光速旅行，他们希望尽可能到达更远的目的地。

然而，在乔治？卢卡斯（Gorge　Lucas）导演的《星球大战》（Star　Wars）系列中，飞船是通过快速的跳跃从一个太阳系到达另一个太阳系。他们是跳跃穿过超空间，而不是用高速奔跑。它不是比光速还快，而是另一个存在。它是通过跳跃从一个维度达到另一个维度，而且在同一时间超越了时间和空间。没有任何方法能计算出到底有多远。它能够一瞬间抵达任何地方，这也是一种时间旅行。为了征服超空间，我们渴求一种关于相对论与时空曲率的更深远的知识。

从熵到时间掌控

熵是一种科学序列，指的是体系的混乱程度，在物理科学中，熵主要是用来描述热力学、心转移性质、分子、热力发动机甚至是作为一个整体的宇宙。在社会和生活科学中，它也作为一种媒介理论运用于不同的领域。

1865年，德国物理学家鲁道夫？克劳修斯（Rudolf　Clausius）在萨迪？卡诺（Sandi　Carnot）和开尔文男爵（Lord　Kelvin）早期实验的基础上，首次提出了熵的概念。克劳修斯发现，即使在“完美的”或者是“完全可逆转的”物质系统内转换热能量也无法避免有效能量的缺失。他称这种缺失为熵的增加，并且把这种熵增加定义为在这个过程中绝对温度下热能量的转化。因为只有极少过程是真正可逆转的。真实的熵增加甚至比这个量还要大。这个原理是基本自然规律之一，被称作是热力学第二定律。

热力学第一定律是说能量是守恒的。能量在转化过程中产生的能量不会超过其本身的能量，或者说有效能量不会超过100％。第二定律更具有限制性，它是说能量在转化过程中由于废热导致不可避免的熵增加，从而使得能量少于100％。例如，大的煤电站不可避免地浪费了煤总能量的67％。其他热力发动机，比如说汽车发动引擎和人类的身体效率甚至更低，浪费了80％的可用能量。假想的永动发电机为了追求效率公然藐视自然规律。在这样一个机器中，其产出的能量来自于本身，在操作过程中有100％的有效能量都被保存了下来。因为有摩擦，所以这是不可能发生的，因为摩擦会把一部分能量转化为废热。

时间之箭

熵的另一个表现是系统的趋势是随着时间的流逝变得更加混论和无序。自然状态下，物质会变得平衡和均一而失去其有序的状态。例如，一块方糖在咖啡里溶解后不会再重新聚合成一块方糖，空气中的香水分子不会再重新聚合到香水瓶里。同样地，化学反应是自然地存在于包含了更多无序状态（熵）而不是反应物的物质当中。另一个例子是普通燃料的燃烧。这样的反应不会自发地转化自身能量，它会趋向于无序的自然状态——我们称之为“时间之箭”。

自然连续的熵增加的结果可能最终减少了宇宙中所有有效的能量。物理学家认为宇宙最终会达到一个温度的平衡，这样一来就达到了无序的巅峰，有用的能源不再维持生命或者运动。这种“热寂说”唯有在宇宙被物理定律束缚，并且作为一个整体被地球上观测到的热力学定律支配时才有可能存在。

熵的概念在现代学科的信息理论中扮演着重要角色，它暗示了交流的趋势，由于噪音或者静电变得混乱。美国数学家克劳德？E。香农（Claude　E　Shannon）在1948年第一次使用了这个专业术语。信息论的例子是复印材料。像这样的材料被不断地复印再复印，它们的信息不断地被削弱直到变得模糊不清。类似的削弱也出现在电子通信和音乐录制上。为了减少这种熵增加，信息可能用成串的数字0和1编码，这样即使是在高“噪音”的层面也能识别出来，也就是说，在一般状态下是无用的信号。

对于一些观察者来说，地球上的生命和文明的开始和发展的过程是与第二定理的熵从不会减少理论相互冲突的。其他人回应说，地球不是一个封闭的系统，因为它从太阳那里获得有效的能量，然后第二定理允许局部的熵减少，只要这些熵能和其他的的熵相互抵消。例如，尽管熵在一个运行的冰箱里减少了，但是由冰箱排除的废热在厨房里引起了整个熵增加。地球上的生命可能在宇宙中出现一个局部的熵减少，但是宇宙整个的熵总是增加的。

比利时化学家利亚？普里高津（Ilya　Prigogine）和其他人一起正致力于扩展传统热力学的研究范围使其包括生物有机体，甚至是社会系统。

时间或者说持续时间的实验在文学和哲学上获得了很大的关注。由于其主观因素，这种实验在个体中的变化可能是前后矛盾的。在科学工作中，数值度量会用来观测事件顺序。假如“现在”是一个有效的数值0，然后按照惯例把它分配给早期消极价值观和后期积极价值观。为了获得一个时间标度，一些以恒定速率重复出现的周期现象会被不断地细分和计算。

在20世纪以前，不用怀疑，一个单一的，通用的，统一的时间度量是存在的。对于两个在空间被大大地分隔开的事件而言，这种说法在定义同时性概念时是没有任何问题的——也就是说，假设，对一个观察者而言，事件同时出现，之后其他所有的观察者都会同意事件的确是同时的。但是在20世纪初期，阿尔伯特？爱因斯坦意识到，由于宇宙中光速的不变性，时间的测量取决于?

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