什么使時(shí)間前行？責(zé)怪大爆炸吧！

物理學(xué)家經(jīng)常把我們所在的宇宙描述成四維的時(shí)空，包括空間的三維和時(shí)間的一維。可是，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(duì)方向的選擇可以說是隨心所欲；但時(shí)間總在催促我們向前，不管我們?cè)敢馀c否，都得朝著預(yù)定的那個(gè)方向——未來——前進(jìn)。

時(shí)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(gè)箭頭調(diào)轉(zhuǎn)，讓它指向過去？這一點(diǎn)無人知曉。有關(guān)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(duì)論里被稱為時(shí)間膨脹的預(yù)測(cè)，前往遙遠(yuǎn)未來的旅程才相對(duì)容易理解，那就是趕緊飛快地移動(dòng)。

理論物理學(xué)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(duì)時(shí)間為什么毫不動(dòng)搖地沿著同一個(gè)方向前進(jìn)這一問題進(jìn)行解釋。2008年6月，他曾在《科學(xué)美國人》里撰文對(duì)這些概念進(jìn)行擴(kuò)展，認(rèn)為有必要融合時(shí)間、熵和宇宙論這三個(gè)看似不同的概念。

粗略地說，熵指的是隨著時(shí)間的推進(jìn)系統(tǒng)出現(xiàn)混亂的程度，這是熱力學(xué)第二定律的規(guī)定。卡羅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(gè)例子都展示了持續(xù)增長的熵如何使這個(gè)世界充滿無法逆轉(zhuǎn)的進(jìn)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(shí)間上只能有一個(gè)方向。

可是，熵為什么總是在增長？為了解答這個(gè)問題，卡羅爾轉(zhuǎn)向了宇宙論，因?yàn)橹挥杏钪嬲摬疟仨毥忉層钪娉跏嫉撵貫槭裁茨敲吹汀Ｎ液退瓦@些問題進(jìn)行了對(duì)話。

時(shí)間有什么讓人感興趣的地方呢？對(duì)一個(gè)純真幼稚的人來說，時(shí)間就是掠過我們的那個(gè)東西，我們對(duì)它一點(diǎn)兒辦法也沒有，它的行為是不變的。

在寫這本書時(shí)，有兩點(diǎn)在激勵(lì)著我。其一是，我們都很熟悉時(shí)間是什么，我們都在利用它，比如說我們都會(huì)看表；其二是，當(dāng)你試圖像一個(gè)認(rèn)真的科學(xué)家或哲學(xué)家那樣搞明白時(shí)間是什么時(shí)，疑問就產(chǎn)生了——物理學(xué)的基本定理將過去和未來完全等同對(duì)待，而這個(gè)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(diào)這個(gè)問題，那該多好！這就是過去200年里人們一直在思考的時(shí)間的問題。

我認(rèn)為這是一個(gè)既重要又有趣的問題，是一個(gè)值得討論的話題。可是我總覺得有什么東西使這個(gè)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(huì)是什么結(jié)局”這類問題的答案。不僅僅是你我現(xiàn)在在此談?wù)摰氖虑椋膊恢皇俏覀內(nèi)粘Ｉ钪袝r(shí)間的流逝問題，而是與整個(gè)宇宙有密切聯(lián)系的，牽涉到大爆炸時(shí)發(fā)生了什么、我們的宇宙開始時(shí)是什么樣的特殊條件。

要對(duì)我們?nèi)粘Ｉ钪邪l(fā)生的事情有一個(gè)充分的理解，就需要考慮到大爆炸時(shí)發(fā)生了什么。從本質(zhì)上講，這不但是一個(gè)非常有趣的問題（對(duì)它的思考真是很酷的一件事），也是科學(xué)家沒有給予多少重視的一個(gè)謎題。我們遠(yuǎn)不知道這個(gè)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(guān)注一下時(shí)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(xué)界的朋友。我認(rèn)為這是現(xiàn)代科學(xué)面臨的一個(gè)根本難題，需要我們牢記在心。

我深信，科學(xué)是一個(gè)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(shí)間、經(jīng)驗(yàn)、記憶、自由意志等所有問題時(shí)，這既是科學(xué)，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?cè)倩氐娇茖W(xué)問題，思考一下熵這個(gè)概念。它與時(shí)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(gè)詞兒，熵增加是熱力學(xué)的第二定律。英國小說家和物理學(xué)家C.P.斯諾有這么一個(gè)著名的插曲（至少在科學(xué)家中很著名）：他竭力說服人們不但要懂文學(xué)，也得懂科學(xué)，他舉的一個(gè)例子就是熱力學(xué)第二定律，即熵增加。

的確是這樣。我認(rèn)為這是一個(gè)極好的例子，實(shí)際上被人們低估的有關(guān)時(shí)間之箭的一切——如我們認(rèn)為“時(shí)間如何工作”、過去一成不變、未來還可以更改等——都是因?yàn)殪氐木壒省Ｄ隳苡浀米蛱欤遣荒苡浀妹魈欤彩且驗(yàn)殪亍Ｄ愠錾鷷r(shí)小，然后長大，絕對(duì)不會(huì)一生下來就大，然后越長越小，這都是熵的緣故。所以我認(rèn)為，熵在我們一生中都起著關(guān)鍵的作用，而這一點(diǎn)卻被人們低估了。

要想理解熱力學(xué)第二定律，或者說時(shí)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(jì)力學(xué)課本，你會(huì)發(fā)現(xiàn)里面根本不討論宇宙論。所以，要用熱力學(xué)第二定律就需要理解大爆炸、知道它如何起作用，這個(gè)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(shí)，得知道大爆炸時(shí)發(fā)生了什么。

一旦假定宇宙最初有個(gè)低熵，不管是什么原因，其他一切都會(huì)迎刃而解，課本里就是這樣講的。可是我們遠(yuǎn)不滿足于此，我們得理解為什么會(huì)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(chǎng)審視時(shí)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(shí)的宇宙處于極其低熵的狀態(tài)，這就是個(gè)難題。我們正在試圖對(duì)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(rèn)為，當(dāng)代的許多宇宙論未能做到這一點(diǎn)，這些理論都沒有正視這個(gè)問題，而是有意回避。

那么，這些不同的理論能否做出預(yù)測(cè)，讓我們?cè)诶斫鈺r(shí)間和熵的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)?zāi)兀磕壳斑€不行。如果這些觀點(diǎn)與觀察到的東西沒有關(guān)聯(lián)，那么談?wù)撍鼈兙蜎]有任何意義。我們首先得理解量子力學(xué)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。