L.P.哈特利在他的《中間人》一書(shū)中寫(xiě)道：“過(guò)去，乃是異國(guó)他鄉(xiāng)。那里的人行事之方式與這兒頗不相同——但是，為什么過(guò)去與未來(lái)會(huì)有如此大的差別？為什么我們所記住的只是過(guò)去，而不是未來(lái)？”換句話說(shuō)，為什么時(shí)間總是一直向前？它與宇宙正在膨脹這一事實(shí)有關(guān)聯(lián)嗎？

C,P,T

物理學(xué)定律對(duì)過(guò)去和對(duì)未來(lái)是沒(méi)有區(qū)別的。說(shuō)得更確切一些，物理學(xué)定律不會(huì)因稱之為C、P和T的聯(lián)合動(dòng)作而發(fā)生改變（C表示把粒子轉(zhuǎn)變?yōu)榉戳Ｗ?。P的意思是取鏡像，也就是左右彼此互換。T指的是把全部粒子的運(yùn)動(dòng)方向反過(guò)來(lái)——其效果就是做反向運(yùn)動(dòng)）。在所有的常規(guī)情況中，支配物質(zhì)行為的物理學(xué)定律不會(huì)因動(dòng)作C和P而自行改變。換言之，要是另一顆行星上的居民是我們的鏡像，且由反物質(zhì)組成，則那里的生命應(yīng)當(dāng)與我們完全一樣。如果您遇到來(lái)自另一顆行星上的人，而他伸出了他的左手，那么請(qǐng)勿與他握手。他也許是由反物質(zhì)構(gòu)成的。一旦握手，你們兩人會(huì)瞬間消失，并化作一片極其明亮的閃光。如果物理學(xué)定律不會(huì)因C和P的聯(lián)合動(dòng)作而發(fā)生改變，且不會(huì)因C、P和T的聯(lián)合動(dòng)作而改變，那么它們?cè)趦H有動(dòng)作T時(shí)也必然不會(huì)改變的。但是，日常生活中的時(shí)間在向前與朝后兩個(gè)方向之間卻有著很大的差別。設(shè)想有一杯水從桌子上跌落，并在地板上摔成碎片。要是您把這一事件拍攝成一段錄像，則不難區(qū)分該過(guò)程是向前還是朝后。如果您將其倒退放映，您會(huì)看到杯子的碎片突然間自行聚合且從地板上躍起，這些碎片會(huì)組合成一只完整的杯子，并跳回到桌面上。您能判定這時(shí)錄像是在倒放，因?yàn)樵谌粘Ｉ钪薪^不可能觀測(cè)到這類行為。要是真會(huì)出現(xiàn)這種事件，陶瓷廠商必會(huì)破產(chǎn)無(wú)疑。

時(shí)間箭頭

至于我們?yōu)槭裁纯床坏狡扑榱说谋訒?huì)跳回到桌面上的問(wèn)題，通常給出的解釋是熱力學(xué)第二定律不容許出現(xiàn)這類事件。該定律告訴我們，無(wú)序程度，或者說(shuō)熵，總是隨時(shí)間而增大。換句話說(shuō)，這也就是墨菲定律51的內(nèi)涵——事物總是朝壞的方向發(fā)展。桌子上一只完好的杯子處于高度有序狀態(tài)，而地板上打破了的杯子是一種無(wú)序狀態(tài)。因此，可以從過(guò)去桌面上一只完好無(wú)缺的杯子變?yōu)槲磥?lái)地板上的破碎杯子，但反其道行之則不行。

無(wú)序程度，或者說(shuō)熵隨時(shí)間而增大，是所謂時(shí)間箭頭的一個(gè)例子，此類概念給時(shí)間一種方向，將過(guò)去和將來(lái)區(qū)分開(kāi)來(lái)。至少存在三類不同的時(shí)間箭頭。第一類，熱力學(xué)時(shí)間箭頭——沿著這一時(shí)間方向，無(wú)序程度或熵總是在增加的。第二類，心理學(xué)時(shí)間箭頭。這個(gè)方向使我們感覺(jué)到時(shí)間在不斷流逝——沿著這一時(shí)間方向，我們記住了過(guò)去，但對(duì)未來(lái)并無(wú)所知。第三類，還存在宇宙學(xué)時(shí)間箭頭。沿著這一時(shí)間方向，宇宙是在膨脹，而不是在收縮。

下面我要來(lái)論證心理學(xué)箭頭取決于熱力學(xué)箭頭，因而這兩個(gè)箭頭始終指向同一方向。如果對(duì)宇宙采用無(wú)邊界假設(shè)，那么上述兩個(gè)箭頭便都與宇宙學(xué)時(shí)間箭頭有關(guān)，盡管三者也許并不指向同一個(gè)方向。然而，我將要說(shuō)明的是，只有當(dāng)前兩個(gè)箭頭與宇宙學(xué)箭頭相一致時(shí)才會(huì)生成智慧生命，而此類生命還能提出這樣的問(wèn)題：為什么無(wú)序程度隨時(shí)間增加的方向與宇宙膨脹的方向相同？

熱力學(xué)箭頭

首先我要討論有關(guān)熱力學(xué)時(shí)間箭頭的問(wèn)題。熱力學(xué)第二定律是基于這樣一個(gè)事實(shí)：無(wú)序狀態(tài)的數(shù)目要比有序狀態(tài)多得多。例如，現(xiàn)在來(lái)考慮一盒拼圖板。對(duì)于盒中的拼板來(lái)說(shuō)，有一種、也僅有一種排列方式可以拼成一幅完整的圖案。另一方面，要是把這些拼板作無(wú)序安放而并不構(gòu)成一幅圖案，則排列方式的數(shù)目是非常非常多的。

假設(shè)有一個(gè)系統(tǒng)，一開(kāi)始處于某種有序狀態(tài)，而此類有序狀態(tài)為數(shù)甚少。隨著時(shí)間的推移，該系統(tǒng)會(huì)按照物理學(xué)定律演化，它的狀態(tài)也就隨之發(fā)生變化。過(guò)了一段時(shí)間后，系統(tǒng)便會(huì)以很大的概率處于一種較為無(wú)序的狀態(tài)，其原因很簡(jiǎn)單——無(wú)序狀態(tài)比有序狀態(tài)多得多。因此，只要系統(tǒng)遵循一個(gè)高度有序的初始條件，無(wú)序程度就會(huì)表現(xiàn)出隨時(shí)間而增大的趨勢(shì)。

假定在開(kāi)始時(shí)拼板作有序排列，并構(gòu)成一幅圖案。一旦您搖動(dòng)拼圖盒，拼板便會(huì)呈現(xiàn)另一種排列方式。這很可能是一種無(wú)序排列，這時(shí)拼板并不會(huì)組成一幅應(yīng)有的圖案，原因很簡(jiǎn)單：無(wú)序排列的方式較之有序排列要多得多。拼板的某些組合仍然有可能構(gòu)成圖案的某些部分，但您搖晃拼圖盒的次數(shù)越多，這類拼板組合越有可能被破壞掉。拼板終將會(huì)呈現(xiàn)一種完全雜亂無(wú)章的狀態(tài)，這時(shí)它們不會(huì)組成任何式樣的圖案。因此，如果一開(kāi)始這些拼板遵循處于某種高度有序狀態(tài)的初始條件，那么它們的無(wú)序程度就很可能隨時(shí)間而增大。

然而，現(xiàn)在假設(shè)上帝決定宇宙在晚期應(yīng)該以某種高度有序的狀態(tài)終其一生，而不管它誕生時(shí)是什么狀態(tài)。那么，在早期階段宇宙很有可能處于某種無(wú)序狀態(tài)，且無(wú)序程度應(yīng)當(dāng)隨時(shí)間而減小。您會(huì)看到破碎了的杯子自行結(jié)合在一起，并跳回到桌面上。不過(guò)，對(duì)任何正在觀察那些杯子的人而言，他們會(huì)生活在無(wú)序程度隨時(shí)間而減小的宇宙之中。我將要說(shuō)明，這些人會(huì)有一種反向的心理學(xué)時(shí)間箭頭。也就是說(shuō)，他們會(huì)記著將來(lái)的事情，而對(duì)之前的事情卻并無(wú)記憶。

心理學(xué)箭頭

談?wù)撊说挠洃浟刹皇且患菀椎氖?，因?yàn)槲覀儾⒉磺宄竽X的具體運(yùn)作細(xì)節(jié)。不過(guò)，我們確實(shí)掌握了計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器的全部工作原理。因此，下面我將討論計(jì)算機(jī)的心理學(xué)時(shí)間箭頭。我認(rèn)為，可以合理地假定計(jì)算機(jī)與人的時(shí)間箭頭是相同的。不然的話，人們便可以利用一臺(tái)會(huì)記得明天的股票價(jià)格的計(jì)算機(jī)，在股票交易中大獲收益。

就本質(zhì)上說(shuō)，計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器是一種能對(duì)兩類狀態(tài)取其一的設(shè)備。金屬線的超導(dǎo)回路可算是一個(gè)例子。如果回路中有電流通過(guò)，因?yàn)椴淮嬖谌魏坞娮瑁娏鞅銜?huì)持續(xù)不斷地流動(dòng)。相反，要是沒(méi)有電流，回路中就會(huì)保持這種無(wú)電流狀態(tài)。存儲(chǔ)器的這兩種狀態(tài)可以用“1”和“0”來(lái)標(biāo)識(shí)。

在某條記錄錄入存儲(chǔ)器之前，存儲(chǔ)器處于無(wú)序狀態(tài)，對(duì)1和0有相同的概率。當(dāng)存儲(chǔ)器與系統(tǒng)互動(dòng)并成為有記憶狀態(tài)后，它便會(huì)根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)，明確地取上述兩類狀態(tài)中的一種。由此可見(jiàn)，存儲(chǔ)器從無(wú)序狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛行驙顟B(tài)。但是，為了確保存儲(chǔ)器處于正確的狀態(tài)，必須消耗一定的能量。這部分能量以熱的形式被消耗掉了，宇宙中的無(wú)序程度便因此而增大?？梢宰C明，無(wú)序程度的這種增量，比存儲(chǔ)器有序程度的增量來(lái)得大。因此，當(dāng)計(jì)算機(jī)在存儲(chǔ)器中錄入一條記錄時(shí)，宇宙中無(wú)序程度的總量就會(huì)增大。

計(jì)算機(jī)記住了過(guò)去，而其所取的時(shí)間方向與無(wú)序程度的增大方向是相同的。這意味著我們對(duì)時(shí)間方向的主觀感覺(jué)，即心理學(xué)時(shí)間箭頭，是由熱力學(xué)時(shí)間箭頭所確定的。這么一來(lái)，熱力學(xué)第二定律便變得可有可無(wú)。無(wú)序程度隨時(shí)間增大的原因在于，我們就是沿著無(wú)序程度增大的方向在量度時(shí)間。您不可能會(huì)有比這更為穩(wěn)操勝算的打賭了。

宇宙的邊界條件

但是，宇宙為什么就應(yīng)該在時(shí)間的一個(gè)端點(diǎn)，即我們稱之為過(guò)去的那個(gè)端點(diǎn)表現(xiàn)為高度有序的狀態(tài)呢？為什么它并不是在全部時(shí)間都處于完全無(wú)序的狀態(tài)呢？不管怎么說(shuō)，后者的可能性看上去也許會(huì)更大一些。又為什么無(wú)序程度增大的時(shí)間方向與宇宙膨脹的方向是相同的呢？一個(gè)可能的答案是，上帝直接選定宇宙在膨脹階段52之初就應(yīng)該處于一種平滑而有序的狀態(tài)。我們不應(yīng)該試圖理解這是為什么，也就是說(shuō)不應(yīng)去質(zhì)疑上帝的理由何在，因?yàn)橛钪娴拈_(kāi)端乃是上帝之責(zé)。不過(guò)，也可以說(shuō)宇宙的整個(gè)歷史就是上帝的杰作。

看來(lái)，宇宙是遵循一些非常確定的規(guī)律在演化。這些規(guī)律也許受制于上帝的指令，也可能并非如此，但我們似乎有能力去發(fā)現(xiàn)并理解這些規(guī)律。因此，要是希望同樣或者類似的一些規(guī)律在宇宙誕生之初也能成立，這難道就不合理嗎？在經(jīng)典廣義相對(duì)論中，宇宙的開(kāi)端必然是一個(gè)奇點(diǎn)，它在時(shí)空曲率上的密度為無(wú)窮大。在這樣的條件下，所有已知的物理學(xué)定律就會(huì)全部失效。由此可見(jiàn)，我們不可能利用這些定律來(lái)對(duì)宇宙應(yīng)會(huì)如何誕生做出預(yù)言。

宇宙在誕生之初可能就已處于一種非常平滑而有序的狀態(tài)。這種狀態(tài)的后隨結(jié)果是必有明確的熱力學(xué)時(shí)間箭頭和宇宙學(xué)時(shí)間箭頭，而我們所觀測(cè)到的也正是這種情況。但是，同樣還存在另一種可能性，即宇宙誕生時(shí)處于一種普遍呈現(xiàn)成團(tuán)結(jié)構(gòu)的無(wú)序狀態(tài)。對(duì)這種情況來(lái)說(shuō)，宇宙應(yīng)當(dāng)已經(jīng)處于一種完全無(wú)序的狀態(tài)，所以無(wú)序程度就不可能隨時(shí)間而增大。就無(wú)序程度而言，應(yīng)當(dāng)存在兩種可能性：或者保持不變，這時(shí)就不會(huì)有明確定義的熱力學(xué)時(shí)間箭頭；或者會(huì)逐漸減小，這時(shí)熱力學(xué)時(shí)間箭頭應(yīng)當(dāng)指向與宇宙學(xué)箭頭相反的方向。這兩種可能性中的任何一種都與我們所觀測(cè)到的事實(shí)相左。

前面我已經(jīng)提到，經(jīng)典廣義相對(duì)論預(yù)言，宇宙應(yīng)該從一個(gè)奇點(diǎn)開(kāi)始，而奇點(diǎn)的時(shí)空曲率為無(wú)窮大。事實(shí)上，這意味著經(jīng)典廣義相對(duì)論預(yù)言了它自身的垮臺(tái)。一旦時(shí)空曲率變得很大，量子引力效應(yīng)便會(huì)成為重要因素，這時(shí)經(jīng)典理論就不再能用來(lái)對(duì)宇宙做出完好的描述。人們必須應(yīng)用量子引力理論，來(lái)理解宇宙究竟是如何誕生的。

在量子引力理論中，考慮到了宇宙全部可能的歷史，其中每一個(gè)歷史都有兩個(gè)數(shù)字與之相聯(lián)系。一個(gè)代表了波的幅度，另一個(gè)則表征波的相位，即究竟是波峰還是波谷。為了給出宇宙具有某一種特定性質(zhì)的概率，應(yīng)確認(rèn)具有這種性質(zhì)的全部歷史，再把表征這些歷史的波疊加起來(lái)。這些歷史應(yīng)當(dāng)是一些彎曲空間，它們代表了宇宙隨時(shí)間的演化情況。我們還必須說(shuō)清楚，在過(guò)去的時(shí)空邊界上，宇宙可能有的那些歷史應(yīng)當(dāng)會(huì)有怎樣的行為。我們不知道，也不可能知道過(guò)去的宇宙邊界條件。不過(guò)，如果宇宙的邊界條件就是它沒(méi)有任何邊界，那么這個(gè)難題也就不存在了。換言之，所有可能的歷史在范圍上都是有限的，但它們沒(méi)有任何邊界、邊際或者奇點(diǎn)。它們猶如地球的表面，只不過(guò)多了兩維。在這種情況下，時(shí)間的起點(diǎn)應(yīng)當(dāng)是時(shí)空中一個(gè)既規(guī)則又平滑的點(diǎn)。這意味著，宇宙應(yīng)當(dāng)以一種非常平滑而有序的狀態(tài)開(kāi)始它的膨脹。宇宙不可能絕對(duì)均勻，否則便會(huì)違背量子理論的測(cè)不準(zhǔn)原理。粒子的密度和速度必然都存在少量的漲落。不過(guò)，無(wú)邊界條件應(yīng)當(dāng)隱含了這樣一層意思：這類漲落會(huì)盡可能小，且與測(cè)不準(zhǔn)原理相一致。

在誕生之初，宇宙會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)指數(shù)式膨脹，或者說(shuō)“暴脹”。期間，宇宙的尺度會(huì)極度增大。在這種膨脹的過(guò)程中，開(kāi)始時(shí)會(huì)維持少量的密度漲落不變，但隨之這種漲落就開(kāi)始發(fā)展。一些區(qū)域的密度會(huì)略大于平均密度，而在多余質(zhì)量的引力作用下，這些區(qū)域的膨脹會(huì)逐漸減慢。最終，此類區(qū)域的膨脹應(yīng)當(dāng)會(huì)停下來(lái)，并經(jīng)坍縮而形成星系、恒星，以及像我們這樣的生命。

宇宙最初應(yīng)當(dāng)處于一種平滑而有序的狀態(tài)，隨著時(shí)間的推移，它會(huì)變成呈現(xiàn)成團(tuán)結(jié)構(gòu)的無(wú)序狀態(tài)。這可以用來(lái)解釋熱力學(xué)時(shí)間箭頭的存在。宇宙在開(kāi)始時(shí)應(yīng)當(dāng)呈現(xiàn)一種高度有序的狀態(tài)，并隨時(shí)間而變得越來(lái)越無(wú)序。正如我在前文中證明的，心理學(xué)時(shí)間箭頭所指的方向與熱力學(xué)箭頭是同向的。因此，我們對(duì)時(shí)間的主觀感受應(yīng)當(dāng)是沿著這一方向宇宙正在不斷膨脹，而不是取相反的方向，也就是宇宙不會(huì)處于不斷收縮之中。

時(shí)間箭頭會(huì)反轉(zhuǎn)嗎？

但是，如果宇宙一旦停止膨脹并再度開(kāi)始收縮，那又會(huì)發(fā)生些什么呢？熱力學(xué)箭頭的方向是否應(yīng)當(dāng)反過(guò)來(lái)，且無(wú)序程度會(huì)隨時(shí)間而開(kāi)始減小呢？對(duì)于歷經(jīng)膨脹階段到收縮階段后還活著的人來(lái)說(shuō)，這會(huì)引出各種各樣科幻小說(shuō)式的可能性。他們是否應(yīng)當(dāng)看到打碎了的杯子在從地板上躍起之際會(huì)自行結(jié)合，并完整無(wú)缺地跳回到桌面上呢？他們是否應(yīng)當(dāng)有能力記住明天的股票價(jià)格，并在股市中發(fā)一筆橫財(cái)呢？

為宇宙再度坍縮之時(shí)會(huì)發(fā)生些什么情況而擔(dān)憂，這看來(lái)也許有點(diǎn)學(xué)究氣，因?yàn)橹辽僭诮酉聛?lái)的100億年內(nèi)宇宙是不會(huì)開(kāi)始收縮的。不過(guò)，這里有一條比較快捷的途徑可以用來(lái)揭示那時(shí)將會(huì)發(fā)生些什么：躍入一個(gè)黑洞的內(nèi)部。恒星坍縮而形成黑洞，這一過(guò)程與整個(gè)宇宙坍縮的晚期階段頗為相似。因此，如果在收縮階段中宇宙的無(wú)序程度應(yīng)該減小，那么我們還可以預(yù)期到，在黑洞內(nèi)部無(wú)序程度也是會(huì)減小的。所以，對(duì)于掉入黑洞的宇航員來(lái)說(shuō)，也許他會(huì)在下賭注之前記住了球?qū)L向何處，從而能在輪盤(pán)賭中贏錢(qián)。不過(guò)，遺憾的是，他不會(huì)有多長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)玩此類賭博，因?yàn)楹诙磧?nèi)極強(qiáng)的引力場(chǎng)很快就會(huì)把他變成意大利面條了。鑒于他已陷入黑洞事件視界的幕布之后，他既無(wú)法讓我們知道有關(guān)熱力學(xué)箭頭反轉(zhuǎn)的點(diǎn)滴情況，甚至也不可能把所贏得的錢(qián)存入銀行。

最初，我相信當(dāng)宇宙再度坍縮時(shí)，無(wú)序程度應(yīng)當(dāng)會(huì)減小。這是因?yàn)槲以葡胍坏┯钪嬗肿兊煤苄?，它必然要回?fù)到一種平滑而有序的狀態(tài)。這就意味著，收縮階段就像是膨脹階段的時(shí)間反演。對(duì)處于收縮階段中的人而言，他們的生活經(jīng)歷與今日之生活相比應(yīng)當(dāng)是顛倒的。他們是去世在前，出生在后，還會(huì)隨著宇宙的收縮而變得越來(lái)越年輕。這種概念很吸引人，因?yàn)樗馕吨钪娴呐蛎浐褪湛s階段之間有一個(gè)美妙的對(duì)稱。但是，人們不可能只是用這一個(gè)概念，而無(wú)視有關(guān)宇宙的其他一些概念。問(wèn)題在于，這種概念究竟是無(wú)邊界條件所隱含的結(jié)果，還是與那種條件并不相符呢？

前文我已提及，最初我曾以為無(wú)邊界條件確實(shí)隱含了無(wú)序程度在收縮階段應(yīng)當(dāng)會(huì)減小。這種觀念的基礎(chǔ)乃是就某種簡(jiǎn)單宇宙模型所做的工作，而在模型中收縮階段看上去就像是膨脹階段的時(shí)間反演。然而，我的一位同事唐?佩奇指出，無(wú)邊界條件并不要求收縮階段必然是膨脹階段的時(shí)間反演。還有，我的一名學(xué)生雷蒙德?拉夫萊姆發(fā)現(xiàn)，只要模型稍微變得復(fù)雜一些，宇宙的坍縮過(guò)程便與膨脹大相徑庭了。我意識(shí)到我犯了一個(gè)錯(cuò)誤。事實(shí)上，無(wú)邊界條件隱含了在收縮期間無(wú)序程度應(yīng)當(dāng)繼續(xù)維持增大。無(wú)論是宇宙開(kāi)始再度收縮，還是在黑洞的內(nèi)部，熱力學(xué)和心理學(xué)的時(shí)間箭頭都不會(huì)反轉(zhuǎn)。

如果您發(fā)現(xiàn)自己犯了一個(gè)諸如此類的錯(cuò)誤，您又應(yīng)該作何種處理呢？有些人，如愛(ài)丁頓，從來(lái)不承認(rèn)他們會(huì)做錯(cuò)事。他們會(huì)繼續(xù)去尋找一些新的、而且往往是自相矛盾的證據(jù)，來(lái)支持他們對(duì)問(wèn)題的立場(chǎng)。另一些人的做法是，絕不無(wú)原則地支持最初的不正確觀點(diǎn)，或者，要是他們做過(guò)什么工作的話，也只是為了證實(shí)那是有問(wèn)題的。我可以列舉大量這方面的事例，但我不會(huì)那樣做，因?yàn)檫@樣做的話我就太不得人心了。在我來(lái)看，如能以書(shū)面方式承認(rèn)自己犯了錯(cuò)，這種做法就會(huì)好得多，也主動(dòng)得多。愛(ài)因斯坦對(duì)此做出了很好的榜樣，他就說(shuō)過(guò)，在嘗試構(gòu)筑靜態(tài)宇宙模型時(shí)所引入的宇宙學(xué)常數(shù)，是他一生中所犯的最大錯(cuò)誤。