逆熵、逆因果性与物理定律:不违定律的思想实验可行性探讨
咱们先从你的第一个问题聊起:在不违背宇宙物理定律的前提下,能不能通过思想实验实现熵与因果性的逆转?
首先说熵:热力学第二定律说孤立系统的熵只会增加或者不变(熵增),比如摔碎的杯子不会自己拼回去,泼出去的水不会自动流回杯子。但这本质是个统计规律——微观层面上,所有分子的运动是可逆的,理论上存在极小概率让碎杯子的分子重新凑成完整的杯子,也就是熵减。所以思想实验里你完全可以设定这个小概率事件发生,比如“让所有碎杯子的分子恰好回到初始位置”,这并不违背物理定律,只是现实中几乎不可能发生。不过要注意,如果你想让整个孤立系统持续熵减,那是不行的,这就违反了热力学第二定律的统计本质。
再来说因果性:我们平时说的“因果”,比如先有因(扔杯子)后有果(杯子碎),在相对论里是被光速限制死的——任何信息或物质的传递速度不能超过光速,这保证了因果事件的顺序在所有参考系里都是一致的。如果要逆转因果(比如杯子先碎了,然后才被扔出去),那就意味着需要超光速传递信息,这直接违背了相对论的核心定律,所以哪怕是思想实验,只要不打破光速限制,因果性是没法逆转的。
第二个问题:能不能抛开人类对时间箭头的感知,假设熵、因果性、热力学定律具有相对性且不违反物理定律?
咱们先搞清楚:人类感知的“时间箭头”其实就是熵增的方向——我们觉得时间向前走,是因为周围的事物都在从有序变无序。那如果抛开这个感知,假设熵的方向是“相对”的,比如存在另一个宇宙,它的初始熵极高,然后整个宇宙的熵一直在减少(也就是从无序变有序),那这个宇宙里的“时间箭头”就是熵减的方向,那里的智慧生物会觉得“过去”是熵高的混乱状态,“未来”是熵低的有序状态。这种假设完全不违反物理定律,因为热力学第二定律只说孤立系统的熵不会减少,没规定宇宙的初始熵必须很低。
至于因果性的相对性:在相对论里,两个没有因果关系的事件(比如两个遥远星系同时发生的超新星爆发),它们的先后顺序在不同的参考系里可能不一样,但有因果关系的事件(比如我先开灯,你看到灯光),它们的顺序在所有参考系里都是固定的,不会颠倒。所以如果假设“因果性的相对性”是指非因果事件的顺序相对,这是符合物理定律的;但如果是指因果事件的顺序可以逆转,那还是得违反光速限制才行。
热力学定律的相对性:其实热力学定律本来就是基于宏观统计的,在微观层面不适用(比如单个分子的运动没有熵的概念)。如果假设“相对性”是指在不同的系统尺度或参考系下,热力学定律的表现形式不同(比如微观可逆,宏观不可逆),这也是完全合理的,不违反物理定律。
最后你没说完的“能否假设这些定律……”,我猜你可能是想问能不能假设这些定律存在例外或者不同的表现形式?其实在思想实验里,只要不触碰相对论、量子力学的核心底层逻辑(比如光速上限、微观可逆性),你完全可以设定一些特殊场景:比如一个非孤立系统,通过外界输入能量让熵持续减少(就像冰箱把热量从低温搬到高温,自身熵增但整体熵还是增加);或者假设一个初始熵极高的宇宙,那里的宏观过程都是熵减的。这些假设都不违反已知的物理定律,只是和我们日常的体验不一样而已。
内容的提问来源于stack exchange,提问作者user183630

