新浪科技讯　人们认为，时光不会倒转，如果就像科学幻想那样时光能回到从前，那么这个世界就乱了套。可是在物理学上，并没有哪个原理说时间之箭不会指向另一个方向。

　　时间之箭有两大要素

　　你在早上醒来，走进你的厨房，你会有一种与以前截然不同的感觉――奇怪的事情正在发生：一股牛奶从你的咖啡里分离出来，过了一会儿，咖啡似乎变得更烫了。炒好的鸡蛋又恢复原样，并从平底锅里跳回到打破的蛋壳里，蛋壳随之也恢复了原样，变得完好无损。在此之前撒满屋子的温暖阳光反而向窗子外逃去。

　　看到这一切后，你肯定会得出一个结论：时间在倒转。你能做出这样的推断，显然是因为时间有一个箭头，总是指向同一个方向，我们都没有把这个不变的时间之箭当回事儿，但物理学上并没有哪一个原理说时间之箭不能指向另一个方向。问题是，时间之箭究竟来自何方？

　　我们理解时间的方向与这样一个事实紧密相关，那就是世界的熵(entropy，它是一个表明系统混沌程度的状态量)或无序的状态呈现增加之势。你把牛奶倒入咖啡中，开始时，它们非常有序，所有的牛奶分子在一条整齐的奶流里注入咖啡中。但随着时间的推移，牛奶失去了其组织性，与咖啡随机地混合在一起。继续观察，你会看到牛奶和咖啡混合得更加密切了，但你不会看到牛奶会突然重组，恢复到与咖啡混合前的样子。

　　这似乎很奇怪，但这种事情不是不可能的。这是因为有许多种方法可以让分子以比一开始紧密的构成更为随便、高熵的方式排列自己。这是一个可能性的问题：由于分子总是不断地重新排列，它们几乎总是发现自己以高熵的方式排列。当然，如果它们一开始就以高熵的方式的排列，我们就不会发现它们的任何变化，但是如果熵在开始时很低，那后来就会增大。

　　我们所感知的时间之箭也是如此，它有两个基本要素，第一是低熵的开端，就像牛奶一开始有规则地排列。第二个要素是混合：牛奶和咖啡的分子重新排列。对从低熵到高熵状态的演化和重新排列的这一系统来说，混合是必要的。更大的数值范围也是如此，从大爆炸开始的宇宙时间之箭要求宇宙从低熵开始，宇宙的物质从此开始混合。

　　第一个要素的证据

　　那么，我们能够在宇宙中发现时间之箭的这些构成要素吗？宇宙学家已经掌握了第一个构成要素的证据，他们通过观察宇宙微波背景辐射中的光量子排列，发现宇宙有一个低熵的开端，宇宙微波背景光量子均一地扩展，密度和温度仅仅被发现有十万分之一的变化。如果宇宙微波背景光量子均一地扩展，我们就能够设想其它的宇宙初生物质比如原子也在那个时间均一地扩展。

　　乍看上去，这似乎很象是无序的高熵状态，但实际上不是。宇宙由引力支配着，正是引力把万物拉在一起，所以一个扩展的状态出现是不可能的。尽管没有人确切地知道原因，但宇宙确实开始于低熵状态。

　　那么谁提供了第二个构成要素？是什么让宇宙的物质混合和重新排列的？据亚美尼亚耶烈万物理研究所的物理学家古尔扎蒂安的研究，答案就是太空的形状。宇宙微波背景的温度在空中从一个点到另一个点发生轻微的变化，这种变化图显示了众多的热的和冷的粒子，让宇宙学家能够推断宇宙的许多事情，比如它的年龄和成分等。

　　古尔扎蒂安和他的学生发现，宇宙的“负曲率”会把宇宙微波背景粒子拉成椭圆，这是因为我们今天看到的宇宙微波背影粒子在宇宙中旅行了近140亿年。后来研究发现，不论宇宙中的粒子温度和尺寸如何，它们都有着恒定的延长。这种作用不可能发生在射线形成时，而是发生在光量子在宇宙中旅行时期。古尔扎蒂安说，如果事情真是这样的话，我们就得到了时间之箭所需的所有的构成要素。

　　宇宙以低熵排列开始，其所有的构成成分都近乎完美地扩散出去。但是，粒子在宇宙中旅行时，它们的轨迹会沿着太空曲线。在一个负曲率空间里，任何两个开始几乎是紧挨的粒子很快就会分开，这意味着这些粒子明显地重新排列了。由于大部分的粒子重新排列符合高熵状态，负曲率不可避免地将物质引向高熵状态。在宇宙中，这意味着重力聚结状态：随着熵的增加，像星星和银河等就形成了，最后产生了我们。

　　尽管古尔扎蒂安将他的观点和数据在很多科学杂志上发表，但他的研究工作仍存在着争议，传统的观点认为宇宙是扁平的而不是负曲线式的。而且大部分的科学家认为宇宙扁平说支持了宇宙膨胀理论，根据这一理论，宇宙形成之初，经过了一个短暂的以比光速还快的速度膨胀的阶段。

　　但是，古尔扎蒂安和他的学生认为热的和冷的粒子延长是宇宙负曲率的有力证明，负曲率远比扁平宇宙更能够扭曲宇宙微波背景。

　　时间呈椭圆形

　　当然，直接把椭圆与时间流动联系起来就更有争议了，但迄今为止没有其它更令人满意的解释，我们观察到的时间流动的确不是被强迫的：相对论、量子论和我们对宇宙的其它描述，完全有可能创造出一个时间不会流动的宇宙，或时间向与我们经历的相反的方向流动。

　　1999年，物理学家劳伦斯.舒尔曼证明了在理论上，一个时间以正常方向流动的宇宙会共存着一个时间向后流动的宇宙。但在我们的宇宙中，负曲率将会阻止这种事发生。在时间倒流的宇宙中，可能也会有生命存在，古尔扎蒂安提出了一个新的人择原理。

　　当然，如果鞍形宇宙可以让我们解释宇宙的无序状态会越来越严重，但它仍不能解释时间之箭的最终起源：它不能解释第一个构成要素，那就是宇宙为什么以低熵开始。芝加哥大学的物理学家肖恩.卡罗尔解释说：“当然，你需要混合，但那是很容易解释的部分，困难的部分是让最初的熵保持低水平。”

　　这仍是一个谜，也许只能由“万物理论”来解决，物理学家如今热心地研究这一理论，而且我们确实在暗示这一最终的理论也许能够解决这一难题。比如，纽约州锡拉丘兹大学的拉法尔.索金就提出了“原因决定论”(causal set theory)，这一理论试图将量子论与相对论结合起来。根据“原因决定论”推测，宇宙结构是在原因事件发生后的作为一种结果而生成的，尽管索金和他的同事承认这还不是一个完善的量子重力理论，但这一理论至少能够解释时间之箭和宇宙的低熵开始。

　　有一些人认为，所谓的时间之箭起源于奇怪的量子世界的宇宙哲学，另一些人把它看成是纯粹的心理现象，是我们的意识的一个赝象。但是古尔扎蒂安现在确信，时间的消逝是一个宇宙哲学过程，宇宙时钟的指针是由光量子在负曲率宇宙中的无序运动来拨动的。尽管这有点超出大部分的宇宙学家现在愿意接受的范围，但这一观点一定值得探究，物理学家彭罗斯认为，时间之河的答案是物理学的核心，他说：“时间之箭的问题绝对是一个基础问题，它可以告诉我们宇宙深处的东西。”

　　古尔扎蒂安的观念有一个令人吃惊的暗示，那就是如果空间几何学是另外一个样子，那就没有时间“箭头”。如果没有时间箭头的话，生命能够存在于宇宙中吗？如果不能，是不是可以有助于解释我们的宇宙几何学像我们观察的那样？古尔扎蒂安将这一观点称为“曲率人择原理”。

　　标准的人择原理说，宇宙之所以是目前这个样子，那是因为它自己想成为这个样子――就象物理常数的值一样，否则的话，我们也就不会在这里探究它们为什么是这个样子了。比如，如果电子的质量各不相同的话，宇宙就不可能支持我们人类的存在了，所以我们也不应该对它的值感到吃惊。一些科学家认为这是大学共同的感觉，但另一些科学家则认为这只是一种自我安慰的解释，并不是问题的真正答案。

   看来，关于时间之箭来自何方的问题，科学家们还将继续争论下去。(任秋凌)

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