為什麽時間壹去不復返了？解開時間之箭之謎，期待物理學領域的重大革命，壹些嬰兒宇宙的時間流可能會遵循相反的方向，從而維持整個宇宙的時間對稱性。？
西班牙裔美國哲學家喬治·桑塔亞那(George santayana)在1938出版的《真理的領域》壹書中有壹段著名的論述。他把時間比作沿著導火索燃燒的火焰。火焰的位置代表了現在的時刻。它加速前進，卻從不回頭，身後只留下燃盡的灰燼。他說:“當下的本質就像沿著時間的導火索移動的火焰。保險絲上的每壹個火花都代表著把未來變成過去的“現在”。這種完美的結合形成了永恒的歷史真理。”
其實這並不是壹個完美的比喻。沿著導火索跳躍的火花並沒有完全把握住時間的奇異性，這壹直困擾著物理學家對相對論和量子力學的思考。然而，桑塔耶那的火花確實說明了時間最持久、最令人困惑的特征之壹，即時間的不可逆性。
時間永遠奔向未來。壹口氣就能進入未來，而過去只能永遠留在記憶裏。時光朝壹個方向飛逝，像離弦的箭，永不回頭。橋下之水，破鏡難圓，難於復興，難於返老還童。
加州理工學院理論物理學家肖恩·卡羅爾(Sean Carroll)說:“過去和未來的區別表現在物理學、哲學以及生物學、心理學等幾乎所有科學領域。時間之箭遍布我們認識宇宙的道路。”
但奇怪的是，支配宇宙的自然法則並不承認時間是必不可少的。描述改變物體運動狀態的力的方程既適用於向後時間，也適用於向前時間。壹個彈跳分子的微觀視頻將需要時間識別來區分向前和向後。在分子尺度上，時間沒有方向。在彈跳籃球的大世界裏，雖然時針壹直在跑，但時針的指針永遠無法逆轉自己的旋轉方向。
壹個多世紀以來，從時間自然規律的空白到“時間之箭”的出現，物理學家和哲學家們壹直備受困擾。即使在今天，iPhone應用中的時間之謎也有很多解決方案，但新的解釋仍然層出不窮，就像時針的發條壹樣。對時間之謎的最新解釋認為，它可能是壹部涉及宇宙起源的宏大戲劇中不可或缺的壹集。
雖然科學家們對時間之箭的確切來源還沒有達成完全壹致，但大多數專家認為它與熵有關，即熱力學第二定律所要求的事物的增長無序。隨著時間的推移，在任何與外部影響隔絕的系統中，無序都會增加(或者至少保持不變)。
可惜，僅僅引用熱力學第二定律來解釋時間之箭，並不能解開這個謎團。的確，不斷增加的熵定義了時間的方向，但只有當壹切都處於平衡時，用專業術語來說，壹切才是混亂的。正如奧地利物理學家路德維希·玻爾茲曼在19世紀解釋的那樣:“混沌”是迄今為止最有可能的事物存在方式。時間之箭應該屬於運氣最好的，就像通宵撲克遊戲中每手都能抓到同花順壹樣，但就宇宙的熵而言，顯然不可能達到這樣的運氣最好。毫無疑問，壹切都應該是亂七八糟的，所以不應該有時間之箭。
但這不是宇宙應該有的樣子。當事情亂七八糟的時候，並沒有亂到應有的程度，所以宇宙時間的導火索才能繼續燃燒。換句話說，宇宙中的熵已經低到可以有更多的空間，並在過去變得更高。正是這種對混沌的探索驅使時間之箭朝著壹個方向前進。解釋時間之箭不僅需要熱力學第二定律，還需要了解壹些原因，比如為什麽熵值那麽低，尤其是為什麽宇宙時針開始隨著大爆炸中宇宙導火索的光芒滴答作響時，熵值處於較低水平。
卡羅爾今年2月在聖地亞哥舉行的美國科學促進會年會上說:“試圖理解為什麽妳可以把奶油和咖啡混合在壹起，但妳不能把它分開，把我們帶回了宇宙大爆炸的時代，把我們帶回了哈勃體積的起源。”
在回到BIGBANG之前。
從BIGBANG大約654.38+037億年前的那壹刻開始，空間就在不斷膨脹。引用這種膨脹理論來解釋日常生活中的時間流動，已經成為解開時間之謎的標準策略。這種做法可以追溯到半個世紀前，熱力學第二定律定義的時間之箭與大爆炸誘導膨脹理論定義的宇宙之箭聯系在壹起。天文學家托馬斯·戈爾德無疑是第壹人。這種方法以各種形式證明，膨脹的空間允許熵的增加，無論它在開始時有多低或多高。即使熵在開始時很高，膨脹的空間也允許它變得更高。因此，熵繼續上升，宇宙時鐘在滴答作響。
卡羅爾在他的新書《從生活到生活》中指出，這個解只是假設了時間方向的存在，而沒有解釋它為什麽存在。基本上就是把大爆炸定義為過去的壹個點，從那以後壹直往壹個方向流動。這個場景沒有保留在宇宙基本方程中發現的兩個時間方向之間的等價性。要找到完整的解釋，還需要更多的時間才能回到BIGBANG。
“妳經常聽到宇宙學家說大爆炸是空間和時間的開始，在大爆炸之前從來沒有過這樣的事情，”卡羅爾說。“事實是BIGBANG只是我們理解終結的時刻。因為我們不知道大爆炸之前發生了什麽，但它肯定發生了。”
事實上，今天的許多宇宙學家都在認真研究大爆炸之前發生的事情的可能性，以及它創造的宇宙是否只是時空中許多不同氣泡中的壹個，這些氣泡像啤酒杯表面的氣泡壹樣覆蓋著來世的表面。這個復雜的“多元宇宙”可能包含無數宇宙個體。每壹個在自己的大爆炸中誕生的宇宙個體，都是以“嬰兒”泡的形式出現，然後連接它與原始“空性”的臍蟲洞就會被切斷。
卡羅爾認為，所謂的“虛空”是壹個高熵環境，專業術語叫做德西特空間。然而，壹個“空”字並不能傳達壹個非常正確的描述。因為在量子力學，尤其是海森堡測不準原理中，完全空的空間是不允許的。能量的波動不可避免。在極其罕見的情況下，這樣的波動會大到足以將壹個全新的時空泡沫破裂成壹個現實的“嬰兒”宇宙。這個“嬰兒”宇宙將能夠膨脹成人類物理學家在氣泡中看到的那種宇宙，可以從內部進行檢查。
“每壹個波往往會形成壹個小宇宙，這個小宇宙由使其膨脹越來越快的能量控制，”卡羅爾解釋道。“這種能量在變成普通物質和輻射之前，會逗留壹段時間。整個場景看起來就像我們的BIGBANG。”
這樣，大爆炸前這個熵值很高的空時空中，總能更多地增加它的熵，系統(德西特空間中的母親加嬰兒)的總熵會更高，從而維持熱力學第二定律。遠離它的“母親”空間，低熵的“嬰兒”宇宙就會膨脹。當“嬰兒”宇宙的熵增加時，熱力學第二定律會驅動壹個時間方向。最後，“嬰兒”宇宙的熵達到壹個最大值，成為德西特空間中類似“母親”的宇宙。之後，它也將能夠誕生自己的“嬰兒”宇宙。
“隨著時間的發展，宇宙爆發成現在的樣子，“嬰兒”宇宙就這樣產生了。它們膨脹又冷卻，這壹刻出現了時間箭頭，”卡羅爾說。“那壹瞬間就是萬億年。”
最好的是，這種情況也可能發生在兩個時間方向上，因為德西特空間可以產生很多時空氣泡。任何壹個泡泡都有壹個只朝壹個方向的時間箭頭，但另壹個泡泡的箭頭可能會指向相反的方向。總的來說，時間對稱將被保持。
任何壹個特定泡沫的擁有者總是相信創造它自己泡沫的大爆炸存在於他們的過去。從壹個淩駕於壹切之上的超級觀察者的角度來看，時間在兩個方向上的運動就像物理定律壹直表明的那樣清晰。
“關鍵是，整個事情，整個多元宇宙，是關於時間作為壹個整體的對稱性。”卡羅爾說。
超越熱力學第二定律
卡羅爾提醒說，這個想法只是壹個想法，需要在宇宙學家大幅提高計算能力後進行嚴格驗證。用時間之箭來調和永恒的物理定律，這只是眾多想法中的壹個。麻省理工學院的物理學家洛倫佐·麥克內(Lorenzo Maccone)指出，第二定律實際上不允許兩個時間方向。但是任何反方向發生的事情，都不會留下任何痕跡，記錄，甚至記憶。如果妳是炒雞蛋，時間壹下子就轉過來了。這個時候，不僅雞蛋會恢復原狀，妳大腦中的神經細胞也會恢復到原來的狀態，消除了妳是炒雞蛋的信息。所以，正如Maccone在去年發表在《物理評論快報》上的壹篇論文中提出的那樣，如果時間真的可以倒流，沒有人會以任何方式意識到。
然而，麥肯恩承認，即使是這種方法仍然無法解釋為什麽過去的科學家在開始時預測的熵比今天低得多。
更復雜的是，通過援引熱力學第二定律來解開時間之謎，可能還取決於第二定律本身的有效性。在用第二定律幫助解釋時間時，如果這個定律本身是錯的，解釋的有效性就會大打折扣。
熱力學第二定律的懷疑論者曾被視為不可原諒的異端，這部分是由於英國天體物理學家阿瑟·愛丁頓爵士(他偶然創造了時間之箭這個術語)的壹個著名論斷，即第二定律是絕對正確的。然而，近年來，第二定律受到了前所未有的挑戰。
數學家斯蒂芬·沃爾夫拉姆(Stephen wolfram)在2002年出版的新書《新科學》(New Science)中引用了計算機模擬的結果，並聲稱證據表明第二定律是完全錯誤的。其他科學家也試圖通過檢查各種情況，特別是量子效應發揮作用的情況，來尋找法律的漏洞。
意大利物理學家German de Abramo在最新壹期的《物理評論:A輯》中指出，在過去的10年到15年期間，對熱力學第二定律地位的挑戰達到了前所未有的規模。在此期間，該領域的50多篇論文出現在期刊文獻中。
不管第二定律的最終命運如何，從表面上看，時間的導火索繼續朝著壹個方向燃燒，科學家們仍需要做出相當大的努力來解釋時間之謎。考慮到目前為止所有的解決方案都無法完全解釋時間之謎，壹些關於時間方向的謎團仍有可能保持未解狀態。而這並不令人震驚，因為物理學花了幾十年的時間試圖解釋壹些重要的謎團，但並不是所有的都失敗了。
20世紀，相對論和量子力學的偉大科學革命，為理解自然界復雜的內部運行機制打開了壹扇巨大的窗戶。然而，許多最深刻的問題仍然沒有答案。宇宙主要由什麽組成？壹種不明物質和壹種同樣神秘的能量形式以無法解釋的密度水平存在於所有空間。大尺度適用的定律(基於引力)最終會與微觀世界的量子定律相矛盾嗎？沒有人願意相信這壹點，但是將引力和量子物理學結合起來的努力從來都不太成功。
這些問題給壹些科學家帶來的是，21世紀產生另壹場堪比愛因斯坦的革命只是時間問題。另壹些人認為，解決時間之箭的秘密可能需要或開始這樣壹場革命。這些人中有諾貝爾獎得主安東尼·萊格特(anthony leggett)，他是伊利諾伊大學的物理學家，他在美國科學促進會年會的演講中指出，“如果以及何時我們才能有壹場真正的重大革命？與相對論或量子力學相比，在未來幾十年的某個時刻，物理革命帶來的大量元素將徹底修正我們對時間箭頭的看法。”