什么是时间？时间总是向前流逝的吗？

想象一下时间倒流。人们会越活越年轻，而不是越活越老，经过漫长的逐渐返老还童——遗忘所有已知知识——最终会化作父母眼中的一缕光芒。这是科幻作家菲利普·K·迪克小说中描绘的时间景象，但令人惊讶的是，时间的流向也是宇宙学家们正在努力探索的问题。

我们理所当然地认为时间有方向，但物理学家并不这么认为：大多数自然规律都是“时间可逆的”，这意味着即使将时间定义为倒流，它们仍然适用。那么，为什么时间总是向前流逝？而且它会永远如此吗？

时间有开始吗？

任何普遍的时间概念最终都必须基于宇宙自身的演化。当你仰望宇宙时，你看到的是过去发生的事件——光需要时间才能到达我们这里。事实上，即使是最简单的观察也能帮助我们理解宇宙时间：例如，夜空是黑暗的。如果宇宙拥有无限的过去，并且其范围也是无限的，那么夜空将会完全明亮——充满着来自一个永恒存在的宇宙中无数恒星的光芒。

长期以来，包括阿尔伯特·爱因斯坦在内的科学家们都认为宇宙是静止的、无限的。但后来的观测表明，宇宙实际上正在膨胀，而且膨胀速度还在加快。这意味着宇宙必定起源于一个更为紧凑的状态，我们称之为大爆炸，这也暗示着时间的确有一个开端。事实上，如果我们寻找足够古老的光，甚至可以观测到大爆炸遗留下来的辐射——宇宙微波背景辐射。认识到这一点是确定宇宙年龄的第一步（见下文）。

但这里有个问题，爱因斯坦的狭义相对论表明，时间是……相对的：你相对于我运动得越快，相对于我感知的时间而言，你感受到的时间流逝就越慢。因此，在我们这个由不断膨胀的星系、旋转的恒星和翻腾的行星组成的宇宙中，时间的体验各不相同：过去、现在和未来都是相对的。

那么，是否存在一个我们都能认同的通用时间呢？

宇宙的时间线。设计：Alex Mittelmann，Coldcreation/wikimedia， CC BY-SA

事实证明，由于宇宙在各处平均而言是相同的，并且在各个方向上的平均外观也相同，因此确实存在一个“宇宙时间”。要测量它，我们只需测量宇宙微波背景辐射的特性即可。宇宙学家利用这一点来确定宇宙的年龄，即宇宙年龄。结果表明，宇宙的年龄为137.99亿年。

时间之箭

所以我们知道时间很可能始于宇宙大爆炸。但还有一个令人困惑的问题：时间究竟是什么？

要解答这个问题，我们必须考察空间和时间的基本属性。在空间维度中，你可以向前或向后移动；通勤者每天都能体验到这一点。但时间不同，它有方向，你总是向前移动，永远不会倒退。那么，为什么时间维度是不可逆的呢？这是物理学中尚未解决的主要难题之一。

为了解释时间本身为何不可逆，我们需要在自然界中找到同样不可逆的过程。物理学（以及生活中！）中为数不多的此类概念之一是，随着时间的推移，事物往往会变得不那么“整齐”。我们用一种称为熵的物理性质来描述这种现象，熵编码了事物的有序程度。

想象一个装满气体的盒子，所有粒子最初都集中在盒子的一角（有序状态）。随着时间的推移，它们自然会试图充满整个盒子（无序状态）——而要让粒子重新回到有序状态则需要能量。这个过程是不可逆的。这就像打碎鸡蛋做煎蛋卷——一旦鸡蛋摊开铺满煎锅，就再也变不回鸡蛋的形状了。宇宙也是如此：随着宇宙的演化，其整体熵值不断增加。

很遗憾，这种情况不会自行消失。Alex Dinovitser/wikimedia ， CC BY-SA

事实证明，熵是解释时间之箭的绝佳方式。虽然宇宙似乎变得越来越有序而非混乱——从早期相对均匀分布的狂野热气体海洋，发展到恒星、行星、人类以及关于时间的文章——但它的无序度可能正在增加。这是因为大质量物质的引力可能将物质拉向看似有序的状态——而我们认为必然发生的无序度增加，却以某种方式隐藏在引力场中。因此，即使我们无法直接观测到，无序度也可能正在增加。

但鉴于自然界倾向于无序，宇宙最初为何会以如此有序的状态开始呢？这至今仍是一个谜。一些研究者认为，大爆炸甚至可能并非宇宙的开端，实际上可能存在“平行宇宙”，在这些宇宙中，时间朝着不同的方向流逝。

时间会终结吗？

时间有始有终，但它是否会终结则取决于导致宇宙加速膨胀的暗能量的性质。这种膨胀的速度最终可能会撕裂宇宙，使其以大撕裂告终；或者，暗能量可能会衰变，逆转大爆炸，使宇宙以大坍缩告终；又或者，宇宙可能永远膨胀下去。

但这些未来情景中，真的有会导致时间终结吗？根据量子力学的奇特规律，微小的随机粒子可以瞬间从真空中涌现——这种现象在粒子物理实验中屡见不鲜。有人认为，暗能量可能引发这种“量子涨落”，从而导致新的宇宙大爆炸，终结我们现有的时间线，开启新的时间线。虽然这种说法纯属推测，可能性极低，但我们确信，只有当我们真正理解暗能量时，才能最终知晓宇宙的命运。

那么最可能的结果是什么？只有时间才能给出答案。