原標(biāo)題：時(shí)間是什么？ 為什么時(shí)間一去不回頭？
時(shí)間，是永恒的話題。古往今來，人們從未停止對(duì)時(shí)間的探索。時(shí)間是什么？時(shí)間究竟是真實(shí)存在的，還是我們的錯(cuò)覺？時(shí)間的起點(diǎn)在哪里，又將以怎樣的方式結(jié)束？…只有科學(xué)的發(fā)展才能告訴我們真正的答案。
時(shí)間是什么？從古代的哲學(xué)家到近現(xiàn)代的科學(xué)家，都在苦苦思索這個(gè)問題。然而，經(jīng)過數(shù)千年的思考和科學(xué)進(jìn)步之后，人們對(duì)于它的本質(zhì)仍沒有達(dá)成共識(shí)。時(shí)間不可避免地和運(yùn)動(dòng)聯(lián)系在一起。從這一點(diǎn)出發(fā)，人們得到兩種完全相反的時(shí)間觀。
第一種觀點(diǎn)認(rèn)為，時(shí)間就像空間和質(zhì)量一樣，是宇宙真實(shí)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(diǎn)的。他認(rèn)為，在量化運(yùn)動(dòng)時(shí)，必須把時(shí)間納入其中，只有這樣才能準(zhǔn)確地測量物體運(yùn)動(dòng)得有多遠(yuǎn)、多快。而愛因斯坦證明了時(shí)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(qiáng)度，摒棄了空間和時(shí)間各自獨(dú)立存在的觀點(diǎn)。他將兩者視為一體，稱之為時(shí)空，并進(jìn)一步提出“時(shí)間只不過是一種頑固而持續(xù)的錯(cuò)覺”。不過，物理學(xué)家認(rèn)為時(shí)空可以為測量宇宙提供一個(gè)有用的參考，因此是有意義的事物。
第二種觀點(diǎn)認(rèn)為，運(yùn)動(dòng)是宇宙的基本特性，而時(shí)間源自于我們描述這些運(yùn)動(dòng)的心智活動(dòng)。牛頓的主要競爭者萊布尼茨青睞這一解釋——時(shí)間不是真實(shí)存在的，而是在我們的大腦中被創(chuàng)造出來的。那么，時(shí)間是真實(shí)的嗎？物理學(xué)家和哲學(xué)家仍爭論不休。
另一個(gè)困擾我們的問題是，如果時(shí)間是真實(shí)存在的，那么它的起點(diǎn)在哪里？一直以來，絕大多數(shù)物理學(xué)家都假設(shè)時(shí)間創(chuàng)生自宇宙大爆炸。任何有關(guān)時(shí)間存在于大爆炸之前的觀點(diǎn)都被認(rèn)為是不恰當(dāng)?shù)�。然而，現(xiàn)在他們卻沒有這么肯定了。導(dǎo)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(gè)宇宙，因此時(shí)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(xué)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(hào)。2010年，英國牛津大學(xué)的羅杰·彭羅斯和亞美尼亞埃里溫國立大學(xué)的瓦赫·古扎德亞進(jìn)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(duì)宇宙微波背景輻射進(jìn)行深入探測，科學(xué)家將通過它獲得的數(shù)據(jù)來檢驗(yàn)這些想法。在答案最終出現(xiàn)之前，我們將不得不面對(duì)我們對(duì)時(shí)間起點(diǎn)的無知。
那么：為什么時(shí)間一去不回頭？
和空間不一樣，時(shí)間只有一個(gè)方向——從過去流向未來，從不回頭。那么，時(shí)間之箭的起點(diǎn)在哪里？一條重要的線索來自大量粒子的復(fù)雜相互作用。對(duì)于任何宏觀的系統(tǒng)，例如一池水或者一塊冰晶，物理學(xué)家都可以用熵進(jìn)行描述。熵反映出可以用多少種方式重組一個(gè)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(gè)高熵系統(tǒng)。而冰晶必須以非常 的方式排列，重組的方式較少，因此其熵較低。
單從統(tǒng)計(jì)學(xué)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(xué)的強(qiáng)有力支柱：熱力學(xué)第二定律。根據(jù)這一定律，宇宙的熵永遠(yuǎn)不會(huì)下降。你可能會(huì)想，這其中蘊(yùn)藏著時(shí)間之箭的關(guān)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(xué)第二定律并沒有真正解決時(shí)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(huì)比5分鐘前更高。
因此，解釋時(shí)間之箭的 途徑就是假設(shè)宇宙恰好始于一個(gè)極端小概率的低熵狀態(tài)。如果不是這樣，時(shí)間就會(huì)變被凍住，任何有意思的事情（例如我們）都不會(huì)發(fā)生。
事實(shí)上，觀測證明宇宙確實(shí)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(shí)間開始后不久，物質(zhì)和輻射極其均勻地分布在整個(gè)宇宙中。乍一眼看去，這像是一個(gè)高熵系統(tǒng)，但是把引力納入其中，就能發(fā)現(xiàn)事實(shí)并非如此。引力總是使得物質(zhì)聚集到一起，因此在一個(gè)由引力支配的系統(tǒng)中，黑洞是一個(gè)更可能出現(xiàn)的狀態(tài)，而且相對(duì)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(yùn)的呢？宇宙學(xué)家這樣解釋：在時(shí)間開始之后的瞬間，宇宙經(jīng)歷了一個(gè)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(dòng)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(gè)混沌的高熵態(tài)——這種情況的可能性很大——以至于它會(huì)隨著地點(diǎn)的不同而變化。產(chǎn)生我們均勻宇宙以及時(shí)間之箭的低熵暴脹，只不過是一個(gè)更大的高熵場觸發(fā)的隨機(jī)現(xiàn)象。這個(gè)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(shí)上，對(duì)暴脹場的物理學(xué)研究證實(shí)，它會(huì)創(chuàng)生出更多的宇宙，并不可避免地導(dǎo)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(xué)家開始認(rèn)真地對(duì)待這個(gè)想法。在多重宇宙中，一些宇宙具有時(shí)間之箭，而更多的則沒有。前者是 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(shí)間之箭，許多謎題依然存在。例如，熱力學(xué)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(xué)家很有希望揭開這些關(guān)于時(shí)間的謎團(tuán)——當(dāng)然，前提是時(shí)間確實(shí)存在。
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