有時(shí)，它如離弦之箭；有時(shí)，它像老牛拉破車；有時(shí)，它又好似蝸牛般爬行。我們惜時(shí)如金，我們又隨意拋撒，但我們總是希望更多地?fù)碛兴?duì)我們來(lái)說(shuō)，時(shí)間是那樣自然，以至于很容易使人忘記。實(shí)際上，它是多么奇特，奇特得簡(jiǎn)直令人震驚。

我們對(duì)時(shí)間了解得越多，就越是對(duì)它感到焦躁不安，就像一團(tuán)亂麻，剪不斷，理還亂。為什么它只往一個(gè)方向流動(dòng)？它是真實(shí)的存在，抑或只是我們想象中的幻覺(jué)？時(shí)間旅行有可能嗎？它是怎樣開始的？它會(huì)結(jié)束嗎？它能夠提供晦澀難懂的萬(wàn)物至理嗎？ 時(shí)間為何物？ 時(shí)間是什么？正是這個(gè)問(wèn)題，一直困擾著從古代哲學(xué)家到啟蒙運(yùn)動(dòng)以及之后的許多科學(xué)家。然而，歷經(jīng)幾千年的思索和科學(xué)進(jìn)步，人們對(duì)有關(guān)時(shí)間的屬性仍未達(dá)成共識(shí)。我們能夠認(rèn)識(shí)時(shí)間卻不理解時(shí)間，甚至在調(diào)查時(shí)間的方法上，都還存在嚴(yán)重的分歧。

這也許是因?yàn)?，?duì)時(shí)間的深刻理解已經(jīng)證明，我們的進(jìn)步幾乎是多余的。比方說(shuō)，在物理學(xué)中，牛頓的運(yùn)動(dòng)定律、愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論和量子論都無(wú)須我們了解時(shí)間的屬性，就可以使它們起作用。即使鐘表匠，也無(wú)須理解時(shí)間。

但時(shí)間的確給了我們一些線索，讓我們知道應(yīng)該把注意力集中在什么地方。因?yàn)橐恢粫r(shí)鐘必須有某種運(yùn)動(dòng)的部件來(lái)測(cè)量時(shí)間的流逝，這可能是一個(gè)棘輪裝置，一個(gè)振動(dòng)的石英晶振片，或是一個(gè)來(lái)自放射性原子的粒子噴發(fā)——不管怎樣，必須有運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)某物運(yùn)動(dòng)時(shí)，它就有了改變。因此時(shí)鐘告訴我們，時(shí)間總是同變化有著某種形式的關(guān)聯(lián)。然而到目前為止，我們的認(rèn)識(shí)僅此而已。從這點(diǎn)出發(fā)，關(guān)于時(shí)間的理解，人們被引向兩條完全不同的道路。

第一種意見認(rèn)為，時(shí)間是宇宙中一種真實(shí)的基本屬性。就像空間或者質(zhì)量一樣，它本身就存在，并提供了活動(dòng)在其中發(fā)生的框架。艾薩克·牛頓就持這種觀點(diǎn)，認(rèn)為必須把時(shí)間看成像家里的墻壁一樣實(shí)在。直到那時(shí)，你才能自信地測(cè)量一件物體的運(yùn)動(dòng)有多快。

愛(ài)因斯坦擺脫了這種刻板的概念。他的理論摒棄了時(shí)空存在于它們自身的概念，甚至認(rèn)為“時(shí)間什么也不是，而是一種頑固而持久的幻覺(jué)”。然而，時(shí)空可能仍提供了一個(gè)有用的測(cè)量宇宙的參考系，或者就像物理學(xué)家布萊恩·格林在他的著作《宇宙的經(jīng)緯》中所寫的那樣，“時(shí)空是一件值得重視的事”。

第二種觀點(diǎn)認(rèn)為，變化是宇宙的基本屬性，時(shí)間從我們的心力中顯現(xiàn)出來(lái)，去組織我們周圍所能看見的變化著的世界。牛頓的主要對(duì)手哥特弗雷德·萊布尼茲十分認(rèn)同這種解釋，認(rèn)為時(shí)間是不真實(shí)的，只是我們頭腦中創(chuàng)造出來(lái)的。

因此，我們面臨一個(gè)難題：時(shí)間是真實(shí)的嗎？

物理學(xué)家和哲學(xué)家對(duì)這個(gè)問(wèn)題仍爭(zhēng)得不可開交，不只是因?yàn)榱孔恿W(xué)把這個(gè)問(wèn)題搞得使人更加糊涂。主要原因之一是，這些答案可能把我們引向可以解釋所有粒子和自然之力的“萬(wàn)物至理”。

另一個(gè)問(wèn)題也顯得突出。如果說(shuō)時(shí)間是真實(shí)的，那么，它來(lái)自哪里？直到最近，大多數(shù)物理學(xué)家還假設(shè)，當(dāng)物質(zhì)、能量和空間本身誕生的時(shí)候，時(shí)間就從宇宙大爆炸當(dāng)中形成。因此，任何認(rèn)為時(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，他們并不太確定?！拔覀儫o(wú)權(quán)宣稱，宇宙和時(shí)間就始于大爆炸，或者說(shuō)，存在某種史前史。”帕薩迪納市加州理工學(xué)院的肖恩·卡羅爾說(shuō)，“公開發(fā)表的言論中，持這兩種意見的人都很多，但就我自己而言，我還是贊同宇宙永遠(yuǎn)持續(xù)的觀點(diǎn)?！?/p>

弦論已引導(dǎo)人們對(duì)這種觀點(diǎn)進(jìn)行重新評(píng)價(jià)。在這些假設(shè)的對(duì)標(biāo)準(zhǔn)物理學(xué)的擴(kuò)展中，現(xiàn)實(shí)由比我們熟悉的四維更多的維度組成。雖然我們不能直接感知其他那些領(lǐng)域，但它們卻提供了交替宇宙存在的地方。這些宇宙在一系列大爆炸時(shí)從彼此中萌芽，也就是說(shuō)，我們的宇宙誕生于另一個(gè)宇宙。因此，在我們這個(gè)宇宙大爆炸之前，時(shí)間的確已經(jīng)存在了，之前的宇宙甚至很可能給我們留下它們本身的線索。

2008年，卡羅爾及其同事指出，大爆炸輻射殘留物中的特性也許就是早期宇宙的特征。2012年，牛津大學(xué)的羅杰·彭羅斯和亞美尼亞耶烈萬(wàn)州立大學(xué)的古扎德亞進(jìn)一步研究指出，在這個(gè)宇宙微波背景中的圓形組合，就是一系列先前宇宙和大爆炸的證據(jù)?，F(xiàn)在，歐空局的或“普朗克”衛(wèi)星已經(jīng)發(fā)布了最新的宇宙微波背景輻射圖，我們將有機(jī)會(huì)驗(yàn)證這些觀點(diǎn)。

現(xiàn)在，我們無(wú)法避開這些問(wèn)題的困擾，我們也無(wú)法想象某一天它會(huì)帶來(lái)怎樣極其深刻的答案。而今，我們不得不比任何時(shí)候都更加大膽地面對(duì)我們對(duì)于時(shí)間的無(wú)知。

為什么時(shí)間之箭有去無(wú)回？

向前走幾步，轉(zhuǎn)身再往回走，這沒(méi)問(wèn)題。現(xiàn)在，讓幾秒過(guò)去，然后調(diào)頭向后走幾秒。沒(méi)辦法？當(dāng)然！我們完全清楚，時(shí)間不像空間，它只有一個(gè)方向——從過(guò)去流向未來(lái)，絕無(wú)拐點(diǎn)。

這一切聽起來(lái)好像不過(guò)是事物的自然順序而已，但如果你對(duì)自然觀察得夠仔細(xì)的話，就會(huì)發(fā)現(xiàn)事情并非如此。徹底研究物理定律，找不到這樣的時(shí)間之箭。比如，你可以利用牛頓的運(yùn)動(dòng)定律，算出過(guò)去的一個(gè)球從何處拋出，就像算出未來(lái)它將降落的地點(diǎn)一樣準(zhǔn)確。而就粒子而言，無(wú)論過(guò)去還是未來(lái)，支配它們特性的規(guī)律和力是不變的。“真正奇怪的是，在這個(gè)世界上，我們所知的物理學(xué)定律在時(shí)間上，不論向前還是向后無(wú)疑都應(yīng)該可以起作用，”澳大利亞新南威爾士州悉尼大學(xué)的科學(xué)哲學(xué)家迪恩·里克萊斯說(shuō)，“應(yīng)該沒(méi)有一支時(shí)間之箭?！?/p>

如果時(shí)間之箭不在物理學(xué)定律之內(nèi)，那它又來(lái)自哪里？一條重要線索從大量粒子的復(fù)雜交互作用中顯現(xiàn)出來(lái)。你所看見的一切，包括你自己，都是由眾多粒子組成的。這些粒子并不只是停留在周圍，它們?cè)诓煌５厮奶幰苿?dòng)并重新排列著。

肉眼可見的系統(tǒng)，比如說(shuō)一坑水或一粒冰晶，物理學(xué)家都?xì)w因于熵。熵體現(xiàn)了在不改變其總體外觀的情況下，你可以重新排列一個(gè)系統(tǒng)的方式的數(shù)量。一坑水可以由眾多的方式排列HO分子，使它成為較高的熵值系統(tǒng)；而一粒冰晶則必須以非常精確的方式排列，因?yàn)榕帕蟹绞捷^少，所以它是低熵態(tài)。

就純統(tǒng)計(jì)學(xué)意義而言，高熵系統(tǒng)總是比低熵系統(tǒng)更多可能，因?yàn)橛懈嗟姆绞饺ギa(chǎn)生它們。這就是為什么如果給定的溫度高到足以讓分子四處移動(dòng)，進(jìn)入新的排列，你就會(huì)看見冰變成水，而絕不會(huì)看見一個(gè)水坑自然而然地結(jié)冰。的確，如果你在影片中看見這樣一個(gè)場(chǎng)景：在一個(gè)溫暖的日子，一個(gè)水坑突然結(jié)冰，你會(huì)推斷這部影片是在倒著播放——時(shí)間在往回移動(dòng)。

即使熵增加只是統(tǒng)計(jì)學(xué)上的、非基本的現(xiàn)象，也足以豎起一根物理學(xué)的強(qiáng)大支柱：熱力學(xué)第二定律。根據(jù)第二定律，宇宙的熵絕不可能減少。你可能會(huì)想，時(shí)間之箭的密鑰就在這里——從低熵到高熵的穩(wěn)步發(fā)展，即我們所認(rèn)為的從過(guò)去到未來(lái)的秘密通道。

要是事情就這么簡(jiǎn)單，那該多好。不幸的是，第二定律實(shí)際上并不能解釋時(shí)間之箭，它只是說(shuō)高熵態(tài)比低熵態(tài)更有可能。時(shí)間并不進(jìn)入這個(gè)畫面，也就是說(shuō)，從現(xiàn)在起5分鐘后的世界，有可能有較高的熵值，而5分鐘前的世界也該是如此。

那么，解釋時(shí)間之箭的唯一方法，就是假設(shè)宇宙是以極其少有的低熵態(tài)開始的。不然的話，時(shí)間早被卡住了，一切都會(huì)變得了無(wú)生氣，自然也不會(huì)有我們?nèi)祟悺！皶r(shí)間之箭依賴于這樣的事實(shí)，即宇宙是以非常奇異的狀態(tài)開始的?！狈▏?guó)馬賽理論物理學(xué)中心的物理學(xué)家卡洛·洛利華說(shuō)，“如果宇宙以任意狀態(tài)開始的話，就無(wú)法區(qū)分過(guò)去與未來(lái)了?！?/p>

事實(shí)上，觀察顯示，宇宙的確是以低熵態(tài)開始的，大爆炸留下的殘余物提供了宇宙初期的快照。它顯示，X2NiTtCcDWh12Pw//s6DxlzthnVoVhwuc56H6/MCk7I=在時(shí)間開始之初，物質(zhì)和放射物非常平穩(wěn)地散布在整個(gè)空間。乍一看這有點(diǎn)像是高熵態(tài)——直到你把引力因素考慮進(jìn)去。

引力老想把物質(zhì)凝結(jié)成塊，因此，在一個(gè)引力主宰的系統(tǒng)中，黑洞便是最可能的一種狀態(tài)，所以，黑洞比平滑分布具有更高的熵，這種低熵平滑是絕對(duì)不可能的。那么，我們是怎樣變得如此幸運(yùn)的？里格爾斯說(shuō)：“如果我們能夠解釋低熵的過(guò)去，那么我們就幾乎破解了時(shí)間之箭的問(wèn)題?！?/p>

宇宙學(xué)家對(duì)我們?cè)谠缙谟钪嫠吹降倪@種平滑，的確有一個(gè)解釋。宇宙在開始之后的不到1秒內(nèi)，經(jīng)歷了一個(gè)短暫但卻戲劇性的膨脹爆炸，像膠皮拉伸的空間，消除了任何皺褶。

膨脹似乎解決了進(jìn)退兩難的困境。然而仔細(xì)觀察，它不過(guò)是把這個(gè)問(wèn)題又推了回來(lái)。膨脹為了以適當(dāng)?shù)姆绞桨l(fā)生，以便產(chǎn)生我們的宇宙（由膨脹驅(qū)動(dòng)的場(chǎng)），顯然必須具有某些不太可能的特性。因此，一方面膨脹場(chǎng)揭示這種低熵宇宙之謎，另一方面膨脹場(chǎng)本身就具有低熵的特性。物理學(xué)家又是如何來(lái)解釋這個(gè)問(wèn)題的呢？ 一種可能性是，膨脹不只發(fā)生一次。假定膨脹場(chǎng)始于一種無(wú)序的高熵態(tài)（更有可能的情景），以致其特征各不相同，低熵值膨脹產(chǎn)生了我們這個(gè)平穩(wěn)的宇宙。因此，在一個(gè)較大較高熵值的場(chǎng)中，我們的時(shí)間之箭就只是一個(gè)任意的光點(diǎn)。這個(gè)場(chǎng)的某些部分就會(huì)具有形成我們這種宇宙的適當(dāng)條件，而這個(gè)場(chǎng)的其他部分則一成不變，或者形成別的宇宙。 事實(shí)上，膨脹場(chǎng)物理現(xiàn)象保證了從頭到尾總是有足夠多的遺留物來(lái)創(chuàng)造更多的宇宙，從而不可避免地導(dǎo)致無(wú)窮個(gè)多重宇宙。

目前，有幾個(gè)證據(jù)集中在多重宇宙上，引起許多宇宙學(xué)家的認(rèn)真思考。在一個(gè)多重宇宙中，某些宇宙會(huì)有時(shí)間之箭，而更多的宇宙卻沒(méi)有。在有時(shí)間之箭的宇宙中發(fā)現(xiàn)我們這個(gè)宇宙的時(shí)間之箭，應(yīng)該不足為怪，因?yàn)檫@是能夠產(chǎn)生生命的宇宙的唯一形式?！斑@就是我特別喜愛(ài)的情節(jié)，”加州技術(shù)學(xué)院的物理學(xué)家肖恩·卡羅說(shuō)，“雖然還沒(méi)有徹底解決問(wèn)題，但我希望很快就能真相大白?！?/p>

然而，即使多重宇宙能夠解釋時(shí)間之箭，仍有許多未解之謎。例如，第二定律是怎樣適應(yīng)宇宙的量子特性的？量子系統(tǒng)似乎顯示出它們自身那種箭：它們總是由可能重合的狀態(tài)解釋，直到一種測(cè)量神秘地選擇一種獨(dú)特狀態(tài)——種仿佛不可逆轉(zhuǎn)的過(guò)程。（待續(xù)）