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為什么時間無法回頭？

第一種觀點認為，時間就像空間和質(zhì)量一樣，是宇宙真實存在的一種基本特性，它為事件的發(fā)生提供了框架。第二種觀點認為，運動是宇宙的基本特性，而時間源自于我們描述這些運動的心智活動。

時間，是永恒的話題。古往今來，人們從未停止對時間的探索。時間是什么？時間究竟是真實存在的，還是我們的錯覺？時間的起點在哪里，又將以怎樣的方式結(jié)束？…只有科學的發(fā)展才能告訴我們真正的答案。

時間是什么？從古代的哲學家到近現(xiàn)代的科學家，都在苦苦思索這個問題。然而，經(jīng)過數(shù)千年的思考和科學進步之后，人們對于它的本質(zhì)仍沒有達成共識。時間不可避免地和運動聯(lián)系在一起。從這一點出發(fā)，人們得到兩種完全相反的時間觀。

第一種觀點認為，時間就像空間和質(zhì)量一樣，是宇宙真實存在的一種基本特性，它為事件的發(fā)生提供了框架。牛頓正是持這一觀點的。他認為，在量化運動時，必須把時間納入其中，只有這樣才能準確地測量物體運動得有多遠、多快。而愛因斯坦證明了時間流逝的速度取決于觀測者的速度和作用于它們的引力的強度，摒棄了空間和時間各自獨立存在的觀點。他將兩者視為一體，稱之為時空，并進一步提出“時間只不過是一種頑固而持續(xù)的錯覺”。不過，物理學家認為時空可以為測量宇宙提供一個有用的參考，因此是有意義的事物。

第二種觀點認為，運動是宇宙的基本特性，而時間源自于我們描述這些運動的心智活動。牛頓的主要競爭者萊布尼茨青睞這一解釋——時間不是真實存在的，而是在我們的大腦中被創(chuàng)造出來的。那么，時間是真實的嗎？物理學家和哲學家仍爭論不休。

另一個困擾我們的問題是，如果時間是真實存在的，那么它的起點在哪里？一直以來，絕大多數(shù)物理學家都假設時間創(chuàng)生自宇宙大爆炸。任何有關時間存在于大爆炸之前的觀點都被認為是不恰當?shù)?。然而，現(xiàn)在他們卻沒有這么肯定了。導致這一重新思考的是弦理論。根據(jù)這一理論，我們的宇宙誕生自另一個宇宙，因此時間在我們的宇宙大爆炸之前就業(yè)已存在，而之前的宇宙甚至可能在我們的宇宙中留下一些印跡。

2008年，美國加州理工學院的肖恩·卡羅爾及其同事提出，在大爆炸的輻射殘余中存在的特征可能是更早期宇宙的信號。2010年，英國牛津大學的羅杰·彭羅斯和亞美尼亞埃里溫國立大學的瓦赫·古扎德亞進一步指出，微波背景輻射中的圓形特征是存在一系列早期的宇宙和大爆炸的證據(jù)。歐洲空間局的“普朗克”衛(wèi)星正在對宇宙微波背景輻射進行深入探測，科學家將通過它獲得的數(shù)據(jù)來檢驗這些想法。在答案最終出現(xiàn)之前，我們將不得不面對我們對時間起點的無知。

那么：為什么時間一去不回頭？

和空間不一樣，時間只有一個方向——從過去流向未來，從不回頭。那么，時間之箭的起點在哪里？一條重要的線索來自大量粒子的復雜相互作用。對于任何宏觀的系統(tǒng)，例如一池水或者一塊冰晶，物理學家都可以用熵進行描述。熵反映出可以用多少種方式重組一個系統(tǒng)中的組成粒子，而不改變其整體外觀。一池水中的水分子可以有許許多多種排列方式，這使得它成為一個高熵系統(tǒng)。而冰晶必須以非常精確的方式排列，重組的方式較少，因此其熵較低。

單從統(tǒng)計學來看，由于有更多的方式來構(gòu)成，高熵系統(tǒng)出現(xiàn)的可能性總是較低熵系統(tǒng)更高。由此催生出物理學的強有力支柱：熱力學第二定律。根據(jù)這一定律，宇宙的熵永遠不會下降。你可能會想，這其中蘊藏著時間之箭的關鍵——從低熵到高熵的持續(xù)變化，正是我們所感覺到的從過去到未來的流逝。不幸的是，熱力學第二定律并沒有真正解決時間之箭的問題。它只是說，高熵態(tài)比低熵態(tài)更可能出現(xiàn)，并沒有說5分鐘后世界的熵一定會比5分鐘前更高。

因此，解釋時間之箭的唯一途徑就是假設宇宙恰好始于一個極端小概率的低熵狀態(tài)。如果不是這樣，時間就會變被凍住，任何有意思的事情（例如我們）都不會發(fā)生。

事實上，觀測證明宇宙確實始于低熵狀態(tài)。宇宙大爆炸所遺留下的輻射為嬰兒期宇宙提供了一張快照。它顯示，在時間開始后不久，物質(zhì)和輻射極其均勻地分布在整個宇宙中。乍一眼看去，這像是一個高熵系統(tǒng)，但是把引力納入其中，就能發(fā)現(xiàn)事實并非如此。引力總是使得物質(zhì)聚集到一起，因此在一個由引力支配的系統(tǒng)中，黑洞是一個更可能出現(xiàn)的狀態(tài)，而且相對于均勻分布的狀態(tài)，高熵態(tài)更容易出現(xiàn)。

既然均勻的低熵態(tài)是極端不可能出現(xiàn)的，那么我們是如何得到這份幸運的呢？宇宙學家這樣解釋：在時間開始之后的瞬間，宇宙經(jīng)歷了一個短暫卻劇烈的膨脹期，這一被稱為“暴脹”的階段像拉扯橡皮膜一樣拉伸空間，抹平了任何的不均勻性。然而，問題又出現(xiàn)了。被稱為“暴脹場”的場驅(qū)動暴脹以正確的方式處理我們的宇宙，但它自己也是低熵的。這又如何解釋呢？

一種可能是暴脹不止發(fā)生了一次。例如，暴脹場開始自一個混沌的高熵態(tài)——這種情況的可能性很大——以至于它會隨著地點的不同而變化。產(chǎn)生我們均勻宇宙以及時間之箭的低熵暴脹，只不過是一個更大的高熵場觸發(fā)的隨機現(xiàn)象。這個場的一些部分具有誕生出類似我們的宇宙的合適條件，其他的則不適宜生命存在或者形成其他的宇宙。

事實上，對暴脹場的物理學研究證實，它會創(chuàng)生出更多的宇宙，并不可避免地導致無限的多重宇宙。至此，多股線索匯集到多重宇宙上，許多宇宙學家開始認真地對待這個想法。在多重宇宙中，一些宇宙具有時間之箭，而更多的則沒有。前者是唯一一類可以形成生命的宇宙，而我們就出現(xiàn)在這類宇宙中。

盡管多重宇宙能解釋時間之箭，許多謎題依然存在。例如，熱力學第二定律如何與宇宙的量子特性相容？為什么人類的大腦只知曉過去而不是未來？將來，物理學家很有希望揭開這些關于時間的謎團——當然，前提是時間確實存在。