• 王芳 编译

假如时光真的能够倒流，设想一下人类可以越活越年轻，而不是日益衰老。除了重返青春的模样，连头脑里的知识也逐渐清零，直到最终化为一道微弱的光芒消逝在父母眼中——这是科幻小说家菲利普·迪克（Philip Dick）的一部作品中向读者所呈现的“倒流的时间”。你可能想不到，时间的走向其实一直是困扰宇宙学家的一个课题。

人们大概一直认为时间有既定的走向，而物理学家并不这样认为：大多数自然规律具有“时间可逆性”，也就是在时间倒转运行的情况下也是成立的。那么，时间为什么是往前走的？是否永远不会改变呢？

时间是否有起点？

时间所有的通用概念都是基于宇宙自身的演变而得出。你所看到的任何事件都发生在过去，因为光线需要一定的时间到达肉眼。实际上，通过最简单的观察就可以理解宇宙时间是怎么一回事。例如，夜空是黑色的，如果宇宙有无尽的过去，面积也是无穷大的话，宇宙里无数的星球发出的光芒将会一直照射着天空，那么夜空应该是明亮的。

包括爱因斯坦在内的科学家们过去都一直认为宇宙是静止和无尽的，而有研究显示宇宙实际上一直在扩张，并且是以加速度在扩张。这意味着宇宙的起源是从更紧凑的形态开始的，即通常所说的宇宙大爆炸（Big Bang），也就暗示着时间确实有一个起点。如果能够找到足够久以前的光，那么看到宇宙大爆炸的辐射遗迹（即宇宙微波背景，cosmic microwave background）也不是不可能的事。这个发现为研究宇宙的“年龄”提供了一个良好的开端。

然而，爱因斯坦的狭义相对论却提出了疑问。该理论将时间定义为是相对的：一个人相对其他人移动更快，其感知的时间过得就更慢。因此，在宇宙中分布着不断扩张的星系和旋转的恒星、行星，在不同位置对时间的感知也不同，因为所有事物的过去、现在和将来都是相对的。

那么，到底有没有一个人们普遍认可的通用的时间？

答案是，因为宇宙在不同的位置以及从不同的方向来看区别并不大，所以确实存在“宇宙时间”。如果想衡量“宇宙时间”，只需衡量宇宙微波背景的特性。宇宙学家已经使用该方法来衡量宇宙的年龄，得出的结论是宇宙已经诞生137.99亿年之久。

时间的方向

如果时间是从宇宙大爆炸时开始的，那么还有一个疑问：到底时间是什么？

要解答这个疑问，必须回到空间和时间的基本属性。就空间而言，一个人可以向前及向后移动。但时间不同，只有单一的方向，只能向前不能后退。那么为何时间不可逆？这是物理学中悬而未决的重大难题之一。

要解释时间本身为何不可逆转，必须找到自然界中同样不可逆转的过程。物理学（及生活）中这样的概念不多见，其中一个是随着时间推移，事物会渐渐变得“无序”。被称为“无序状态”的物理特性就是描述这个概念的。

试想一个充满气体的盒子，盒子里的所有气体粒子开始停留在一个角落（处于有序的状态）。这些气体粒子逐渐会自然地充满整个盒子（变成无序的状态）——若想让所有粒子恢复有序状态需要能量才能完成。这个过程就是不可逆转的。就好比将一只鸡蛋打碎做煎蛋——一旦鸡蛋被打碎后摊在锅里就无法再恢复鸡蛋的形状了。同样，当宇宙演变时，总体来说无序状态的程度会上升。

无序状态可以说是解释时间方向的一个好方法。尽管宇宙看似变得越来越有序，事实有可能正好相反——因为早期的宇宙就像一片充满相对均匀分布的灼热气体的海洋，后来才逐渐形成现在的恒星、行星、人类和物体。因为大质量物质的相关重力可能会对物质产生影响，使其进入看似有序的状态——而无序状态的上升可能被隐藏在重力场中。因此即使无法看到，宇宙也有可能变得越来越无序。

但既然大自然有更倾向于无序状态的特性，为何宇宙一开始处于如此有序的状态呢？这仍然是个谜。某些学者还认为宇宙大爆炸可能不是宇宙的开始，实际上可能存在其他“平行的宇宙”，在这些宇宙上时间是向不同方向运行的。

时间有终点吗？

时间有起点，但是否有终点取决于“暗能量”（dark energy）的本质。暗能量引起宇宙的加速度扩张，并可能最终导致宇宙分裂，被迫以“大撕裂”（Big Rip）终结；或者，暗能量可能会衰退，使宇宙大爆炸倒退，最终以“大塌缩”（Big Crunch）告终；或者，宇宙只会永远地扩张下去。

但这些对未来的设想中，有哪个会使时间结束吗？根据量子力学的奇怪规律，极小的不规则粒子可能偶尔从真空中弹出，就像粒子物理实验中经常会看到的那样。有人主张说暗能量可能引起这样的“量子起伏”（quantum fluctuations），造成新的宇宙大爆炸，终结现有的时间线而开启另一条新的时间线。虽然这种说法具有极高的推测性，可能性极小，但肯定的是，只有当人类真正理解暗能量时才能知晓宇宙的命运。

那么究竟结果如何？只有时间才能证明一切。

参考文献

【1】https://theconversation.com/the-cmb-how-an-accidental-discovery-became-the-key-to-understanding-the-universe-45126 

【2】https://theconversation.com/the-experiments-trying-to-crack-physics-biggest-question-what-is-dark-energy-52917

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