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为什么时间总是“往前”？熵是什么？和时间有关联吗？

为什么时间向前走?

既然我们不能回到过去，你可能会合理的问：“为什么时间向前走?”

对我们来说，时间不向前走的概念是匪夷所思的。你不会期待烤箱能把煮熟的食物变回原料，或杯子内的饮料在炎热的日子里形成冰块，甚至女童军饼干也不会凭空出现。所有事情都以我们非常熟悉的方式随时间前进，但如果你看到逆着时间走的情形，你可能会想自己是否是药吃多了。

同样的，你可以记住过去发生的事，但是你不能想起未来发生的事 *1。时间似乎有一个偏好的方向，我们不知道为什么。

为什么时间只向前走?这个基本问题长久以来深深困扰着物理学家。事实上，“时间向前”到底意味着什么?在某些宇宙中，时间可能流向其他方向。他们的科学家可能会定义往“那个方向”向前。 所以真正的问题应该是：“为什么时间朝着它前进的方向移动?”

我们先来考虑，如果时间往其他方向走，宇宙是否能够运作。 物理学定律要求时间往单一方向流动吗?想象你正在看某些宇宙影片，你能透过仔细检查，来判断影像是否正在向前或向后播放吗? 例如，假设你正在观看一个球上下弹跳的影片，只要球完全弹跳 （并且不会因为摩擦或空气阻力失去任何能量），那么这个影像无论是往前或往后播放，看起来都会一模一样!在罐内反弹的气体粒子或在河中流动的水分子也是如此。即使量子力学也能逆着时间运作 *2。事实上，几乎每个物理定律在时间往前或往后都可以成立。

但这不是全部的故事。

完全弹跳球的例子是不现实的，因为它忽略了球在地面上的摩擦力、空气阻力以及诸多其他让球的能量耗散成热量的方式。经过几次弹跳后，即使宠物雪貂最喜爱的超级弹力球也会停止弹跳，最终稳定在地面上。球的所有能量将转化成热，传至空气分子、球分子或地面分子。

想象一下，倒着播放的弹跳球影像会变得多么奇怪，坐在地上的球会突然开始弹跳起来，而且愈弹愈高。能量流将看起来更奇怪：空气、球和地面会冷却下来，失去的热将转化为球的动能。

在这个例子中，你可以肯定指出时间向前和向后的区别。烹饪食物、融化冰块和吃饼干等也都相同。但是，如果物理学的大部分定律都能反向工作，特别是热和扩散等微观物理，为什么宏观过程似乎只在一个时间方向发生?原因是系统中的无序量，也就是熵，非常强烈倾向于单一时间方向。

熵总是随时间增加。这称为热力学第二定律。熵视为某些事物中的无序量。你忘记喂食雪貂时，雪貂会毁坏客厅，撞翻整叠有完整签名的这本书，雪貂透过增加乱度来提高客厅的熵。

如果你回家重新整理客厅，可以减少客厅的熵，但是这样做需要相当程度的能量，你把能量释放成热、沮丧和低声咒骂着要如何告诉室友说：“养雪貂是个坏主意。”在整理客厅时，你释放的能量将保持总熵的增加。每当你产生任何局部秩序，例如：堆叠书籍、在方格纸上做标记，或打开空调时，你都会同时产生乱度这个副产品，且通常以热的方式呈现。根据热力学第二定律，平均而言，总熵沿顺向时间减少是不可能发生的事。

（注意：这是机率描述。技术上来说，一群愤怒的雪貂有可能意外的组织一个完全有序的队伍，从而减少了它们的熵，但机率微乎其微。孤立事件可能发生，但平均熵总是增加。）

这会导致令人不寒而栗的后果：因为熵只会增加，在最终非常非常久远的未来，宇宙将会达到最大乱度，这有个听起来很酷的名字：“宇宙热寂”。在这种状态下，整个宇宙将处于相同温度，这表示一切都将完全无序，没有一丁点有用的有序结构（如人类）。在热寂之前，我们仍然有空间可以创造局部秩序，只因为宇宙还没有达到最大乱度。

现在我们逆着时间回想。过去每个时刻，宇宙的熵比现在更少（更有秩序），一直回溯到大霹雳时。把大霹雳当成是搬家卡车和小孩来到新房子之前的那一刻。宇宙的初始状态（当熵最低时）决定了宇宙从诞生到热寂之间有多少时间。如果宇宙从一开始就已经有大量乱度，不需要太多时间就能达到热寂。在我们自身的例子中，宇宙似乎始于非常有序的状态，在达到最大熵之前给了我们很多时间。

为什么宇宙从一开始是从高度有组织的低熵状态中启动?我们不知道，但是我们确实很幸运，因为宇宙在开始和结束之间，留下了很多时间来做有趣的事情，比如制造行星、人类和冰棒。

熵是否帮助我们了解时间?

熵是少数几个关心时间如何流逝的物理定律之一。

影响熵的多数过程（例如影响气体分子如何互相反弹的运动学定律），可以完美的逆着时间走。但大体来说，它们遵循一项定则：有序数量随时间前进而递减。所以时间和熵互相以某种方式连接起来。但到目前为止只有一个相关性：熵随时间而增加。

这是否代表熵导致时间只能向前流动，就像是山丘只让水往下流那样;或者熵是遵循时间的箭头，像被捲入龙捲风的碎片?

即使你接受熵随时间前进而增加，仍然不清楚为什么时间只会向前进。例如，你可以想象一个时间向后的熵，熵随负时间而减少，这将保持熵和时间的关系，而不会违反热力学第二定律!

与其说熵洞察了时间的一切，不如说它是个线索。熵是我们关于时间如何运作的少数线索之一，所以值得注意。熵是理解时间方向的关键吗?虽然很多人如此臆测，但我们还是毫无头绪。不仅如此，我们能把这问题弄清楚的办法也寥寥无几。

注解

如果你能记得未来的事，请打电话给我们，我们有些问题想请教你。

除了波函数的崩陷之外，有些人认为它是不可逆的、有些人则认为是失去同调性，而其他人只是为了辩论而辩论。