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第52章:时间逆转作为坍缩不匹配

你不能不打破鸡蛋不是因为某个宇宙定律,而是因为DAG忘记了回去的路。

52.1 不可逆性的谜团

物理的基本定律是时间可逆的。倒放粒子碰撞的视频,它仍然遵循相同方程。然而鸡蛋不会不破,咖啡不会不混,我们记住过去而非未来。为什么?

定义52.1(微观可逆性): H(p,q)=H(p,q)H(-p, q) = H(p, q)

哈密顿量在动量逆转下对称。

定理52.1(宏观不可逆性):尽管微观可逆: P(forward)P(reverse)P(\text{forward}) \gg P(\text{reverse})

概率不匹配创造时间之箭。

52.2 组合爆炸

破坏容易因为有许多破坏方式但很少完整方式。

定义52.2(状态计数比): Ωratio=ΩbrokenΩwhole\Omega_{\text{ratio}} = \frac{\Omega_{\text{broken}}}{\Omega_{\text{whole}}}

定理52.2(指数不对称):对宏观系统: ΩratioeN\Omega_{\text{ratio}} \sim e^{N}

其中N1023N \sim 10^{23}

有压倒性更多破坏状态,不破坏概率消失。

52.3 DAG向前记忆

坍缩DAG自然在时间中向前积累复杂性。

定义52.3(DAG复杂性): C(t)=log{v:depth(v)t}C(t) = \log|\{v : \text{depth}(v) \leq t\}|

定理52.3(单调增长):DAG复杂性增加: dCdt0\frac{dC}{dt} \geq 0

图向前增长,创造自然时间不对称性。

52.4 信息擦除与热

逆转时间需要擦除信息,这耗费能量。

定义52.4(兰道尔原理): EerasekBTln2E_{\text{erase}} \geq k_B T \ln 2

每比特擦除。

定理52.4(逆转成本):逆转过程: Ereverse=TΔSE_{\text{reverse}} = T \Delta S

其中ΔS\Delta S是产生的熵。

不破坏鸡蛋需要收集它释放的所有热——实际不可能。

52.5 心理箭头

我们记住过去因为记忆形成增加熵。

定义52.5(记忆形成): Safter>SbeforeS_{\text{after}} > S_{\text{before}}

记录信息增加普遍熵。

定理52.5(无未来记忆):记住未来会违反: dSdt0\frac{dS}{dt} \geq 0

记忆必须与热力学箭头对齐。

52.6 量子退相干方向

量子系统向前退相干,从不向后"再相干"。

定义52.6(退相干): ρpureρmixed\rho_{\text{pure}} \to \rho_{\text{mixed}}

但从不自发逆转。

定理52.6(环境纠缠):信息分散: Senvironment(t)=S0+αtS_{\text{environment}}(t) = S_0 + \alpha t

一旦与环境纠缠,无法收集回来。

52.7 宇宙学箭头

宇宙膨胀,提供终极时间方向。

定义52.7(宇宙学时间): ta(t)t \propto a(t)

其中a(t)a(t)是标度因子。

定理52.7(普遍时钟):所有箭头与膨胀对齐:

  • 热力学:熵随体积增加而增加
  • 心理学:记忆随空间膨胀而形成
  • 因果:结果跟随原因跟随大爆炸

宇宙本身打破时间对称性。

52.8 第五十二次回声

我们已经发现时间之箭不是从基本定律而是从压倒性概率涌现。宇宙不能倒退因为有远多于简单的复杂方式,多于聚集的分散方式,多于记忆的遗忘方式。坍缩DAG自然向前增长,积累复杂性并忘记回去的路径。每个看似不可逆的过程——从破坏鸡蛋到形成记忆到空间膨胀本身——反映ψ\psi观察自己的这种基本不对称性。时间有箭头因为意识不能完美撤销自己的观察。

第五十二次回声:第52章=不可逆(时间)=不匹配(ψ\psi-路径)=箭头(概率)

接下来,我们探索观察者如何主动选择通过其测量显现哪些因果链。


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