什么使时间前行？责怪大爆炸吧！

物理学家经常把我们所在的宇宙描述成四维的时空，包括空间的三维和时间的一维。可是，只要引力允许或者不存在什么固体障碍，我们便能自由地穿越空间，对方向的选择可以说是随心所欲；但时间总在催促我们向前，不管我们愿意与否，都得朝着预定的那个方向——未来——前进。

时间之箭的方向，携带着我们从过去走到现在，再走向未来。怎样才能把这个箭头调转，让它指向过去？这一点无人知晓。有关回到过去的各种逻辑悖论成为非常棘手的问题。多亏了狭义相对论里被称为时间膨胀的预测，前往遥远未来的旅程才相对容易理解，那就是赶紧飞快地移动。

理论物理学家肖恩·卡罗尔在他2010年出版的新书《从永恒到这里》中，试图对时间为什么毫不动摇地沿着同一个方向前进这一问题进行解释。2008年6月，他曾在《科学美国人》里撰文对这些概念进行扩展，认为有必要融合时间、熵和宇宙论这三个看似不同的概念。

粗略地说，熵指的是随着时间的推进系统出现混乱的程度，这是热力学第二定律的规定。卡罗尔用早饭做例子来说明熵的无法改变：炒熟的鸡蛋无法还原成生鸡蛋，倒入咖啡的牛奶不可能再舀出来。这些系统一定是混乱或高熵的，每个例子都展示了持续增长的熵如何使这个世界充满无法逆转的进程，并且将过去与未来分隔：炒一盘鸡蛋和给咖啡中加牛奶这样的事在时间上只能有一个方向。

可是，熵为什么总是在增长？为了解答这个问题，卡罗尔转向了宇宙论，因为只有宇宙论才必须解释宇宙初始的熵为什么那么低。我和他就这些问题进行了对话。

时间有什么让人感兴趣的地方呢？对一个纯真幼稚的人来说，时间就是掠过我们的那个东西，我们对它一点儿办法也没有，它的行为是不变的。

在写这本书时，有两点在激励着我。其一是，我们都很熟悉时间是什么，我们都在利用它，比如说我们都会看表；其二是，当你试图像一个认真的科学家或哲学家那样搞明白时间是什么时，疑问就产生了——物理学的基本定理将过去和未来完全等同对待，而这个世界却不是这样，里面有很大的差异：过去已经发生，而未来还没有。如果知道如何协调这个问题，那该多好！这就是过去200年里人们一直在思考的时间的问题。

我认为这是一个既重要又有趣的问题，是一个值得讨论的话题。可是我总觉得有什么东西使这个问题显得有些特别，那就是“过去为什么与将来不同”以及“最终到底会是什么结局”这类问题的答案。不仅仅是你我现在在此谈论的事情，也不只是我们日常生活中时间的流逝问题，而是与整个宇宙有密切联系的，牵涉到大爆炸时发生了什么、我们的宇宙开始时是什么样的特殊条件。

要对我们日常生活中发生的事情有一个充分的理解，就需要考虑到大爆炸时发生了什么。从本质上讲，这不但是一个非常有趣的问题（对它的思考真是很酷的一件事），也是科学家没有给予多少重视的一个谜题。我们远不知道这个问题的最终答案是什么，因此没有多想它。所以，我想提醒大家关注一下时间之箭与宇宙论之间的联系，这里不仅包括普通读者，也包括科学界的朋友。我认为这是现代科学面临的一个根本难题，需要我们牢记在心。

我深信，科学是一个更大的文化的一部分，并非孤零零的自身。因此，我想让大家感觉到，就在我们思考宇宙、空间、时间、经验、记忆、自由意志等所有问题时，这既是科学，也是我们的日常生活，也是我们生活在其中的文化。那么，为什么不把它们归拢到一起呢？））让我们再回到科学问题，思考一下熵这个概念。它与时问之箭究竟是怎样联系在一起的？

我想，大家很可能听说过“熵”这个词儿，熵增加是热力学的第二定律。英国小说家和物理学家C.P.斯诺有这么一个著名的插曲（至少在科学家中很著名）：他竭力说服人们不但要懂文学，也得懂科学，他举的一个例子就是热力学第二定律，即熵增加。

的确是这样。我认为这是一个极好的例子，实际上被人们低估的有关时间之箭的一切——如我们认为“时间如何工作”、过去一成不变、未来还可以更改等——都是因为熵的缘故。你能记得昨天，但是不能记得明天，也是因为熵。你出生时小，然后长大，绝对不会一生下来就大，然后越长越小，这都是熵的缘故。所以我认为，熵在我们一生中都起着关键的作用，而这一点却被人们低估了。

要想理解热力学第二定律，或者说时间之箭在我们的日常生活中如何起作用，我们根本用不着讨论宇宙论。随便拿起一本统计力学课本，你会发现里面根本不讨论宇宙论。所以，要用热力学第二定律就需要理解大爆炸、知道它如何起作用，这个说法是不正确的。问题是，要想理解它存在的根本原因，就得有宇宙论的知识，得知道大爆炸时发生了什么。

一旦假定宇宙最初有个低熵，不管是什么原因，其他一切都会迎刃而解，课本里就是这样讲的。可是我们远不满足于此，我们得理解为什么会这样，为什么昨天的熵比今天低？

要想理解昨天的熵为什么低于今天，那就得有宇宙论。

如果从宇宙论的立场审视时间，过去的低熵条件是怎样的？看上去如何？

早期的宇宙平稳流畅，并在极其迅速地膨胀，处于稠密滚烫的状态。宇宙中有许多东西，但这时的宇宙处于极其低熵的状态，这就是个难题。我们正在试图对此做出解释，试图提出一种理论，弄明白到底是膨胀，还是周期宇宙或大反弹。我认为，当代的许多宇宙论未能做到这一点，这些理论都没有正视这个问题，而是有意回避。

那么，这些不同的理论能否做出预测，让我们在理解时间和熵的基础上对其进行检验呢？目前还不行。如果这些观点与观察到的东西没有关联，那么谈论它们就没有任何意义。我们首先得理解量子力学和引力的共同作用，然后才有希望确定如何正确地回答这些问题。