時間的奧秘并非自古就有的，而是隨著科學(xué)的進(jìn)步而產(chǎn)生的。根據(jù)現(xiàn)代物理學(xué)(量子理論和相對論)，它們沒有方向，也就是說，沒有過去和未來的區(qū)別。
那么，人的感知為什么會跟時間或者物理定律不一致呢?已故科學(xué)家霍金將其歸因于三個原因，或者說三個時間方向:宇宙時間方向，熱力學(xué)時間方向和心理時間方向。
首先，宇宙是由大爆炸產(chǎn)生的，這導(dǎo)致了宇宙的膨脹。因此，宇宙學(xué)的時間方向與膨脹箭頭的方向是一致的。
其次，根據(jù)熱力學(xué)第二定律，熵(無序度)隨時間增加。例如，有一盒黑白珠子(高度有序)，你不停地?fù)u動，晃動的時間越長，小球的排列就越混亂(無序)。因此，無序隨時間增加，即通過事物的過程，給出時間的方向，區(qū)分過去和未來。
第三，在人們的心理中，他們感知時間的流逝，所以在時間的方向上，他們可以記住過去，但只能猜測，不能記住未來。
時間的熱力學(xué)箭頭和心理學(xué)箭頭必須指向同一方向，這是智慧生命(人類)存在所必需的。人類消耗食物(能量的有序狀態(tài))，然后將其轉(zhuǎn)化為熱量(能量的無序狀態(tài))。老人的生命歷程決定了兩者之間時間箭頭的一致性。
那么為什么宇宙膨脹和熱力學(xué)的時間方向是一致的呢?根據(jù)已故科學(xué)家霍金的近似，宇宙以一種非常平坦而有序的狀態(tài)開始，正如我們現(xiàn)在所觀察到的，這種狀態(tài)顯示出清晰而一致的時間箭頭。如果宇宙一開始是團(tuán)塊狀的，并且是完全無序的，那么這種無序就不會隨著時間的推移而增加，所以就不會有清晰的概念。
熱力學(xué)時間箭頭;如果宇宙的無序度在減小，那么熱力學(xué)和宇宙膨脹的時間箭頭應(yīng)該是相反的。但后者與我們的觀察不一致?；艚鹫J(rèn)為三個時間方向的一致性是不可避免的。然而，霍金的理論仍然難以說服公眾。一般來說，他只會建立非凡的聯(lián)系。這個所謂的時間(方向)之謎一直困擾著物理學(xué)家和哲學(xué)家。最近，一些研究人員說，時間之謎涉及宇宙起源的情節(jié)，但大多數(shù)研究人員仍然同意它與熵的關(guān)系，即任何不受外界影響的系統(tǒng)，其無序程度隨時間的增加而增加。
不幸的是，僅僅根據(jù)熱力學(xué)第二定律來解釋時間之箭并不能解決這個謎團(tuán)。事實上，熵的增加決定了時間的方向，直到一切都處于平衡狀態(tài)，也就是完全混沌狀態(tài)。宇宙的混沌狀態(tài)，就像我們實際觀察到的那樣，并沒有達(dá)到它可能達(dá)到的水平(混沌);換句話說，宇宙的熵曾經(jīng)很低，它有很大的增加空間。但是在這里，人們不得不問為什么過去的熵如此之低，特別是當(dāng)大爆炸開啟宇宙時鐘的時候。
5年前，在圣地亞哥舉行的美國先進(jìn)科學(xué)協(xié)會(Advanced Scientific American Association)年會上，理論物理學(xué)家卡羅爾(Carol)說，“讓我們回到大爆炸時代，把這個問題帶到可觀測宇宙的起點(diǎn)。”
大約137億年前，大爆炸瞬間發(fā)生，宇宙一直在膨脹。根據(jù)這種擴(kuò)展來解釋時間在我們?nèi)粘Ｉ钪械牧鲃?，這種方法開始于半個世紀(jì)前。當(dāng)時，天文學(xué)家T. Goth是第一個將熱力學(xué)時間之箭與宇宙大爆炸定義的宇宙時間之箭聯(lián)系起來的人(引入了膨脹)。哥特認(rèn)為膨脹空間增加了熵的方向，無論是開始時的低熵還是高熵。即使它在開始的時候是高的，膨脹會使它更高，所以宇宙時間正在前進(jìn)(即將到來)。
卡羅爾說，這個解決方案只是承認(rèn)時間方向的存在，而沒有解釋其原因?；旧?，它把大爆炸定義為過去的一個點(diǎn)，時間從這個點(diǎn)流向一個方向。但是這種解釋使得在宇宙學(xué)方程中發(fā)現(xiàn)的兩個時間方向之間不可能保持等價，所以Carol建議要找到完美的答案，我們必須回到更早的時間，或許是在大爆炸之前!
卡羅爾在大會上說:“你總是聽到宇宙學(xué)家說大爆炸是時間和空間的開始，在大爆炸之前什么都沒有。我們不知道大爆炸之前發(fā)生了什么，但絕對有可能發(fā)生了什么。
事實上，今天許多宇宙學(xué)家都在認(rèn)真研究大爆炸之前可能發(fā)生的事情的可能性。而自然界創(chuàng)造的宇宙只是眾多時空特征中的一個氣泡，卻包裹著永恒的外衣。這個復(fù)雜的多宇宙世界包含無數(shù)的單一宇宙，每個宇宙都誕生在自己的大爆炸中。嬰兒的“泡泡”與肚臍蟲洞緊密相連，導(dǎo)致了原始的空洞。
卡羅爾說，這個空洞可能是一個高熵區(qū)域。然而，虛無不能表達(dá)一個確切的描述。因為根據(jù)量子物理的不確定性原理，不允許有一個完全空的空間。能量的起伏是不可避免的。在極少數(shù)情況下，波動的能量大到足以打破一個完整的“氣泡”，進(jìn)入嬰兒宇宙的存在。嬰兒宇宙可能會膨脹到那種狀態(tài)，讓人類物理學(xué)家“看到”人的內(nèi)部，并檢查他們的內(nèi)部。
卡羅爾說:“由于能量的作用，能量的起伏往往會導(dǎo)致宇宙中的一小滴物質(zhì)膨脹。”能量在轉(zhuǎn)化為物質(zhì)和輻射之前可能會存在一段時間，整個場景看起來就像我們的大爆炸。
這樣，大爆炸前存在的高熵虛無時空總能將其熵增加到更高的水平，直至宇宙誕生。雖然嬰兒宇宙可能是低熵的，但系統(tǒng)的總熵可能更高。離開母空間后，低熵嬰兒宇宙將會膨脹。當(dāng)它膨脹時，熱力學(xué)第二定律使時間沿單一方向運(yùn)行。最終，宇宙的熵將達(dá)到最大值。
最好的情況是出現(xiàn)兩個方向。因為空可以在空間和時間中產(chǎn)生大量的“泡泡”，所以每個泡泡都有一個單向的時間箭頭。這個“泡沫”是向前的，而另一個“泡沫”將會反轉(zhuǎn)，最終保持時間的對稱性。
任何“泡沫”的擁有者總是相信，過去的大爆炸創(chuàng)造了他們的泡沫。在一個無所不知的超級觀察者眼中，時間顯然是朝兩個方向運(yùn)動的，就像物理學(xué)定律一直指出的那樣。
卡羅爾說:“關(guān)鍵是，整個宇宙，整個宇宙，相對而言是完全對稱的?！彼嬲f，這種觀點(diǎn)是推測性的，在宇宙學(xué)家的計算中還沒有看到嚴(yán)格的證據(jù)。這只是眾多觀點(diǎn)之一，這些觀點(diǎn)調(diào)和了永恒的物理法則和時間的方向箭頭。例如,麻省理工學(xué)院的物理學(xué)家l . McCohen指出熱力學(xué)第二定律實際上允許時間的雙向性,但任何發(fā)生在扭轉(zhuǎn)(時間)不會留下任何痕跡或記錄,甚至內(nèi)存(如果你炒蛋,和時間向后運(yùn)行,不僅將雞蛋炒之前,而且你的大腦的神經(jīng)細(xì)胞將恢復(fù)到過去。狀態(tài)，清除你剛剛炒蛋的經(jīng)驗。所以如果時間朝相反的方向流動，你根本感覺不到。
即使McCohen證實了這一觀點(diǎn)，它也無法解釋為什么科學(xué)家們一開始就接受熵如此之低。
還有一個更復(fù)雜的問題:解決時間之謎涉及熱力學(xué)第二定律，因此必須考慮它的有效性和正確性。
近年來，越來越多的學(xué)者對熱力學(xué)第二定律的有效性提出了質(zhì)疑。例如，S沃爾特斯在他的《新科學(xué)》一書中說，引用計算機(jī)模型可以證明熱力學(xué)第二定律是完全錯誤的;其他研究人員也通過檢驗不同的狀態(tài)，特別是量子效應(yīng)起作用的狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)熱力學(xué)第二定律中的一些漏洞。意大利物理學(xué)家G. Abraham最近指出，“熱力學(xué)第二定律在過去的15年中受到了前所未有的挑戰(zhàn)，相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)表了50多篇論文”。
到目前為止還沒有令人信服的解釋來解釋時間(方向)之謎，這并不奇怪。經(jīng)過幾十年的努力，物理學(xué)界試圖解釋幾個主要問題，但都失敗了。
現(xiàn)在，我們只知道構(gòu)成宇宙的主要物質(zhì)是物質(zhì)，性質(zhì)未知的暗物質(zhì)，以及同樣神秘的暗能量。
我們還不明白的是，為什么這三種物質(zhì)的密度比是5:25:70，以及大尺度(主要是引力)的定律最終能否與微觀世界的量子定律相匹配。到目前為止，將引力與量子物理相結(jié)合的努力還沒有取得完全的成功。
這些問題正在平息下來。一些科學(xué)家認(rèn)為，這意味著21世紀(jì)將發(fā)生另一場愛因斯坦式的革命，而且是關(guān)于時間的性質(zhì)的革命。有些人認(rèn)為，這樣的革命是必要的，以解決神秘的時間方向。其中包括諾貝爾物理學(xué)獎得主，伊利諾斯大學(xué)的物理學(xué)家安東尼·萊格特?！叭绻覀儗崿F(xiàn)了一場真正的革命，可以與相對論或量子理論相媲美，它將從根本上改變我們對未來幾十年物理學(xué)時間方向的思考。
