什么使時間前行？責怪大爆炸吧！

物理學家經(jīng)常把我們所在的宇宙描述成四維的時空，包括空間的三維和時間的一維?？墒?，只要引力允許或者不存在什么固體障礙，我們便能自由地穿越空間，對方向的選擇可以說是隨心所欲；但時間總在催促我們向前，不管我們愿意與否，都得朝著預定的那個方向——未來——前進。

時間之箭的方向，攜帶著我們從過去走到現(xiàn)在，再走向未來。怎樣才能把這個箭頭調轉，讓它指向過去？這一點無人知曉。有關回到過去的各種邏輯悖論成為非常棘手的問題。多虧了狹義相對論里被稱為時間膨脹的預測，前往遙遠未來的旅程才相對容易理解，那就是趕緊飛快地移動。

理論物理學家肖恩·卡羅爾在他2010年出版的新書《從永恒到這里》中，試圖對時間為什么毫不動搖地沿著同一個方向前進這一問題進行解釋。2008年6月，他曾在《科學美國人》里撰文對這些概念進行擴展，認為有必要融合時間、熵和宇宙論這三個看似不同的概念。

粗略地說，熵指的是隨著時間的推進系統(tǒng)出現(xiàn)混亂的程度，這是熱力學第二定律的規(guī)定?？_爾用早飯做例子來說明熵的無法改變：炒熟的雞蛋無法還原成生雞蛋，倒入咖啡的牛奶不可能再舀出來。這些系統(tǒng)一定是混亂或高熵的，每個例子都展示了持續(xù)增長的熵如何使這個世界充滿無法逆轉的進程，并且將過去與未來分隔：炒一盤雞蛋和給咖啡中加牛奶這樣的事在時間上只能有一個方向。

可是，熵為什么總是在增長？為了解答這個問題，卡羅爾轉向了宇宙論，因為只有宇宙論才必須解釋宇宙初始的熵為什么那么低。我和他就這些問題進行了對話。

時間有什么讓人感興趣的地方呢？對一個純真幼稚的人來說，時間就是掠過我們的那個東西，我們對它一點兒辦法也沒有，它的行為是不變的。

在寫這本書時，有兩點在激勵著我。其一是，我們都很熟悉時間是什么，我們都在利用它，比如說我們都會看表；其二是，當你試圖像一個認真的科學家或哲學家那樣搞明白時間是什么時，疑問就產生了——物理學的基本定理將過去和未來完全等同對待，而這個世界卻不是這樣，里面有很大的差異：過去已經(jīng)發(fā)生，而未來還沒有。如果知道如何協(xié)調這個問題，那該多好！這就是過去200年里人們一直在思考的時間的問題。

我認為這是一個既重要又有趣的問題，是一個值得討論的話題。可是我總覺得有什么東西使這個問題顯得有些特別，那就是“過去為什么與將來不同”以及“最終到底會是什么結局”這類問題的答案。不僅僅是你我現(xiàn)在在此談論的事情，也不只是我們日常生活中時間的流逝問題，而是與整個宇宙有密切聯(lián)系的，牽涉到大爆炸時發(fā)生了什么、我們的宇宙開始時是什么樣的特殊條件。

要對我們日常生活中發(fā)生的事情有一個充分的理解，就需要考慮到大爆炸時發(fā)生了什么。從本質上講，這不但是一個非常有趣的問題（對它的思考真是很酷的一件事），也是科學家沒有給予多少重視的一個謎題。我們遠不知道這個問題的最終答案是什么，因此沒有多想它。所以，我想提醒大家關注一下時間之箭與宇宙論之間的聯(lián)系，這里不僅包括普通讀者，也包括科學界的朋友。我認為這是現(xiàn)代科學面臨的一個根本難題，需要我們牢記在心。

我深信，科學是一個更大的文化的一部分，并非孤零零的自身。因此，我想讓大家感覺到，就在我們思考宇宙、空間、時間、經(jīng)驗、記憶、自由意志等所有問題時，這既是科學，也是我們的日常生活，也是我們生活在其中的文化。那么，為什么不把它們歸攏到一起呢？））讓我們再回到科學問題，思考一下熵這個概念。它與時問之箭究竟是怎樣聯(lián)系在一起的？

我想，大家很可能聽說過“熵”這個詞兒，熵增加是熱力學的第二定律。英國小說家和物理學家C.P.斯諾有這么一個著名的插曲（至少在科學家中很著名）：他竭力說服人們不但要懂文學，也得懂科學，他舉的一個例子就是熱力學第二定律，即熵增加。

的確是這樣。我認為這是一個極好的例子，實際上被人們低估的有關時間之箭的一切——如我們認為“時間如何工作”、過去一成不變、未來還可以更改等——都是因為熵的緣故。你能記得昨天，但是不能記得明天，也是因為熵。你出生時小，然后長大，絕對不會一生下來就大，然后越長越小，這都是熵的緣故。所以我認為，熵在我們一生中都起著關鍵的作用，而這一點卻被人們低估了。

要想理解熱力學第二定律，或者說時間之箭在我們的日常生活中如何起作用，我們根本用不著討論宇宙論。隨便拿起一本統(tǒng)計力學課本，你會發(fā)現(xiàn)里面根本不討論宇宙論。所以，要用熱力學第二定律就需要理解大爆炸、知道它如何起作用，這個說法是不正確的。問題是，要想理解它存在的根本原因，就得有宇宙論的知識，得知道大爆炸時發(fā)生了什么。

一旦假定宇宙最初有個低熵，不管是什么原因，其他一切都會迎刃而解，課本里就是這樣講的?？墒俏覀冞h不滿足于此，我們得理解為什么會這樣，為什么昨天的熵比今天低？

要想理解昨天的熵為什么低于今天，那就得有宇宙論。

如果從宇宙論的立場審視時間，過去的低熵條件是怎樣的？看上去如何？

早期的宇宙平穩(wěn)流暢，并在極其迅速地膨脹，處于稠密滾燙的狀態(tài)。宇宙中有許多東西，但這時的宇宙處于極其低熵的狀態(tài)，這就是個難題。我們正在試圖對此做出解釋，試圖提出一種理論，弄明白到底是膨脹，還是周期宇宙或大反彈。我認為，當代的許多宇宙論未能做到這一點，這些理論都沒有正視這個問題，而是有意回避。

那么，這些不同的理論能否做出預測，讓我們在理解時間和熵的基礎上對其進行檢驗呢？目前還不行。如果這些觀點與觀察到的東西沒有關聯(lián)，那么談論它們就沒有任何意義。我們首先得理解量子力學和引力的共同作用，然后才有希望確定如何正確地回答這些問題。