時(shí)間永遠(yuǎn)向前但沒(méi)人知道為什么 從宇宙起源說(shuō)起

據(jù)英國(guó)廣播公司(BBC)網(wǎng)站報(bào)道，假設(shè)有這么一天，你在家里感到無(wú)聊，你把幾個(gè)雞蛋頂在頭上表演起雜耍，但你的表演不太成功，雞蛋打碎糊了你一臉?，F(xiàn)在你將不得不去洗下臉再?zèng)_個(gè)澡，然后換上一身新衣服。

干嘛不把雞蛋恢復(fù)回去，那樣不是更快嗎?打碎一個(gè)雞蛋只需要幾秒鐘的時(shí)間，那為什么不把整個(gè)過(guò)程倒過(guò)來(lái)做一遍?你只要把蛋黃和蛋清都丟回去，然后把蛋殼重新合上不就好了?那樣一來(lái)你就又重新?lián)碛辛艘粡埜蓛舻哪?，干凈的衣裳，你的頭發(fā)里沒(méi)有蛋黃，一切就像沒(méi)有發(fā)生過(guò)一樣。

聽(tīng)上去覺(jué)得很荒唐?但是你說(shuō)得清哪里荒唐嗎?為什么我們不能“破蛋重圓”?

實(shí)際上在自然界中并不存在基本的法則阻止我們讓打碎的雞蛋重新復(fù)原。事實(shí)上，物理學(xué)家們認(rèn)為在我們的日常生活中發(fā)生的任何事件都可以在任何時(shí)間反向發(fā)生。那為何我們卻不能讓破蛋重圓，讓點(diǎn)燃的火柴恢復(fù)未點(diǎn)燃狀態(tài)，或者讓我們擦傷的膝蓋倒回到?jīng)]有擦傷的狀態(tài)?既然沒(méi)有基本法則禁止，那為何事情卻沒(méi)有倒轉(zhuǎn)發(fā)生呢?未來(lái)究竟為何會(huì)與過(guò)去不同?

這個(gè)問(wèn)題聽(tīng)上去并不復(fù)雜，但要想回答它，我們必須回到宇宙誕生的時(shí)刻，進(jìn)入原子的世界，前往物理學(xué)研究的最前沿去尋找答案。

伊薩克·牛頓的成就

經(jīng)典物理學(xué)的先驅(qū)，英國(guó)物理學(xué)家伊薩克·牛頓　　正如許多與物理學(xué)有關(guān)的小故事一樣，這個(gè)故事同樣要從伊薩克·牛頓說(shuō)起。在1666年，由于一場(chǎng)黑死病的爆發(fā)讓牛頓不得不暫時(shí)從就讀的劍橋大學(xué)休學(xué)離開(kāi)，并與他的母親一起搬到了林肯郡的鄉(xiāng)下居住。在那里的生活幾乎與世隔絕，非?？菰?，于是牛頓便讓自己沉浸在了對(duì)物理學(xué)的研究之中。

在這里他逐漸發(fā)展出了關(guān)于運(yùn)動(dòng)的三大定律，其中包括那條非常著名的論斷，即每一種作用力都存在一個(gè)與之大小相等但方向相反的反作用力。他還設(shè)想了引力如何發(fā)生作用的一種解釋。

牛頓定律在描述現(xiàn)實(shí)世界方面異常成功。它可以解釋為何蘋(píng)果會(huì)從樹(shù)上落向地面，以及為何地球會(huì)圍繞太陽(yáng)運(yùn)行。但牛頓定律存在一個(gè)奇怪的問(wèn)題：在它的體系下，如果把時(shí)間倒轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)也一樣成立。這也就是說(shuō)，根據(jù)牛頓的理論，如果雞蛋可以被打破，那么理論上它也可以重圓。

但實(shí)際經(jīng)驗(yàn)告訴我們這很顯然是錯(cuò)誤的。但事實(shí)是，自從牛頓以來(lái)，幾乎所有的物理學(xué)理論都存在著同樣的問(wèn)題——物理學(xué)定律似乎根本就不在乎時(shí)間是向前流淌還是倒流回去，就像它不在乎你是左撇子還是右撇子一樣。

但我們?cè)诤?。根?jù)我們的日常經(jīng)驗(yàn)，時(shí)間是有前進(jìn)方向箭頭的，它永遠(yuǎn)指向未來(lái)。美國(guó)加州理工學(xué)院物理學(xué)家西恩·卡羅爾(Sean Carroll)表示：“你可能會(huì)搞混東邊和西邊的方向，但你一定不會(huì)搞混昨天和明天。但奇怪的是，基本的物理學(xué)定律并不區(qū)分過(guò)去和未來(lái)。”

路德維希·玻爾茲曼的發(fā)現(xiàn)

時(shí)間為什么會(huì)有方向?第一位認(rèn)真思考這一問(wèn)題的人是一名生活在19世紀(jì)晚期的奧地利物理學(xué)家路德維希·玻爾茲曼(Ludwig Boltzmann)　　第一位認(rèn)真思考這一問(wèn)題的人是一名生活在19世紀(jì)晚期的奧地利物理學(xué)家路德維希·玻爾茲曼(Ludwig Boltzmann)。在他生活的年代，許多在今天的我們視為真理的觀點(diǎn)在當(dāng)時(shí)仍然還充滿爭(zhēng)議。尤其是，當(dāng)時(shí)的物理學(xué)家們并不相信物質(zhì)是由一種叫做“原子”的微小粒子組成的。許多物理學(xué)家指出，有關(guān)原子的理論無(wú)法進(jìn)行檢驗(yàn)。

但玻爾茲曼堅(jiān)信原子是真實(shí)存在的。于是他開(kāi)始嘗試基于這樣的認(rèn)識(shí)來(lái)解釋生活中得到各種事物，如火焰為何會(huì)發(fā)光，我們的肺如何工作，以及為何對(duì)著一杯茶水吹氣會(huì)讓它冷卻地快一些。他認(rèn)為基于原子的觀點(diǎn)，他可以理解所有這些事物的本質(zhì)。

有些物理學(xué)家對(duì)于玻爾茲曼的工作產(chǎn)生了深刻的印象，但大部分物理學(xué)家則對(duì)此嗤之以鼻。不久之后，玻爾茲曼便因?yàn)樗缓险y(tǒng)的觀點(diǎn)被物理學(xué)界驅(qū)逐出去了。

玻爾茲曼因?yàn)樽约簩?duì)于熱的本質(zhì)的研究而深陷漩渦中央。這聽(tīng)起來(lái)似乎與時(shí)間的本質(zhì)并無(wú)聯(lián)系，但玻爾茲曼即將證明，這兩者之間是緊密關(guān)聯(lián)的。

在當(dāng)時(shí)，物理學(xué)家們已經(jīng)發(fā)展出一套稱之為熱力學(xué)的理論，其主要用于描述熱的行為。比如說(shuō)，熱力學(xué)可以解釋為何冰箱可以在炎熱的夏季將食物保持在冷凍狀態(tài)。玻爾茲曼的反對(duì)者們認(rèn)為，熱是不能以其他任何東西來(lái)解釋的，因?yàn)闊峋褪菬幔皇莿e的什么東西。

玻爾茲曼想要證明那些人都錯(cuò)了。他認(rèn)為熱的本質(zhì)是原子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，并且熱力學(xué)的所有內(nèi)容都可以以此為基礎(chǔ)得到解釋。玻爾茲曼的這一觀點(diǎn)在今天看來(lái)是完全正確的，然而在當(dāng)時(shí)的環(huán)境下，他卻不得不耗費(fèi)自己的全部余生去試圖說(shuō)服其他人相信他的理論。

玻爾茲曼首先嘗試解釋一種聽(tīng)上去可能有些陌生的概念：熵。根據(jù)熱力學(xué)定律，世界上的任何物體都有與之相聯(lián)系的一定數(shù)量的熵存在，并且這個(gè)物體發(fā)生的任何變化都會(huì)導(dǎo)致它的熵值增加。比如說(shuō)，如果你把一塊冰塊放進(jìn)一杯水里讓它慢慢融化，這個(gè)杯子里的熵值就增加了。

熵值的增加與物理學(xué)中的任何其他事情都不同：它只會(huì)朝著一個(gè)方向發(fā)展，也就是熵的增加。但卻沒(méi)有人知道熵為何會(huì)如此。

玻爾茲曼的墓志銘是他發(fā)現(xiàn)的關(guān)于熵的數(shù)學(xué)方程　　再一次的，玻爾茲曼的同行們開(kāi)始宣傳這樣的論調(diào)，那就是根本不可能就熵值為何只能增加這一現(xiàn)象給出解釋——它就是這樣的，沒(méi)有原因。同樣再一次的，玻爾茲曼無(wú)法對(duì)這樣的解釋感到滿意，他決定挖掘這個(gè)問(wèn)題背后隱藏的更深層含義。這樣做的結(jié)果是我們對(duì)于熵的本質(zhì)理解的一次巨大飛躍——這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)如此意義非凡，以至于玻爾茲曼將它刻在了自己的墓碑上。[!--empirenews.page--]

熱力學(xué)與熵的本質(zhì)

只有運(yùn)用原子理論才能解釋火焰的形成　　玻爾茲曼究竟發(fā)現(xiàn)了什么?他發(fā)現(xiàn)熵的本質(zhì)是對(duì)原子排布方式的數(shù)量，以及它們所攜帶能量的度量。熵之所以會(huì)增加，是因?yàn)樵幼兊酶踊靵y了。

根據(jù)玻爾茲曼的觀點(diǎn)，這就是冰為何會(huì)在水里融化的原因。相比固體狀態(tài)的冰，當(dāng)水體處于液體狀態(tài)時(shí)，水分子有多得多的排布方式，也有多得多的方式可以在分子間 傳遞熱量。于是，便存在著太多的途徑可以導(dǎo)致冰的融化，但只有相對(duì)較少的途徑可以導(dǎo)致水的固結(jié)，也因此，冰最終消融的可能性是壓倒性的。

相似的，如果你將一滴奶油滴到你的咖啡里，這一滴奶油將會(huì)擴(kuò)散到整杯咖啡里，因?yàn)槟菢硬攀庆馗叩臓顟B(tài)——相比局限在一個(gè)小區(qū)域內(nèi)，存在更多的排布方式可以讓這一滴奶油的成分粒子擴(kuò)散到整杯咖啡。

在玻爾茲曼看來(lái)，熵是有關(guān)概率大小的概念。具有低熵的物體顯得整潔(有序)，因此難以存在。高熵物體顯得混亂(無(wú)序)，也因此更有可能存在。熵總是增加的，因?yàn)槲矬w顯得混亂要比顯得整潔容易得多。

這聽(tīng)上去有些令人沮喪，尤其如果你是一個(gè)喜歡將自己住的屋子收拾的干干凈凈的人的話。但玻爾茲曼關(guān)于熵的認(rèn)識(shí)卻的的確確有著一個(gè)正面的意義：它似乎可以解釋時(shí)間箭頭的存在。

玻爾茲曼對(duì)于熵值為何永遠(yuǎn)增加的問(wèn)題的探索，反過(guò)來(lái)為尋找我們問(wèn)題的答案提供了啟發(fā)：為什么我們永遠(yuǎn)體會(huì)到時(shí)間向前流逝?如果宇宙作為一個(gè)整體從低熵狀態(tài)逐漸向高熵狀態(tài)演化，如果是那樣，那么我們將永遠(yuǎn)無(wú)法目睹事物的反向發(fā)生。

把一塊冰塊投入一杯水里，它當(dāng)然會(huì)融化　　我們無(wú)法目睹破碎的雞蛋恢復(fù)如初，這是因?yàn)榇嬖谥鵁o(wú)數(shù)中排布這些雞蛋碎片的方式，而其中幾乎所有的排布方式最終的結(jié)果都是一個(gè)破碎的雞蛋而不是一個(gè)完整的雞蛋。相似的，融化的冰不會(huì)倒回去，點(diǎn)燃的火柴不會(huì)倒回去，你擦傷的膝蓋也不會(huì)倒回去。

玻爾茲曼對(duì)于熵的定義甚至還可以解釋為何我們可以記得過(guò)去而不是未來(lái)。請(qǐng)想象一下相反的情況：假設(shè)你擁有對(duì)某一事件的記憶，然后這一事件發(fā)生，再然后你對(duì)于這一事件的記憶消失。從概率上講，你的大腦發(fā)生這種情況的可能性非常非常低。

根據(jù)玻爾茲曼的理論，未來(lái)之所以看上去與過(guò)去不一樣，僅僅是因?yàn)橄啾冗^(guò)去，未來(lái)的熵增加了。不過(guò)，他挑剔的反對(duì)者們從玻爾茲曼的理論中找出了一個(gè)推理上的“瑕疵”。

“過(guò)去假設(shè)”與低熵宇宙

時(shí)間是宇宙的內(nèi)在屬性嗎?　　玻爾茲曼指出，隨著我們逐漸向著未來(lái)滑去，熵將增加，這是如原子那樣微小粒子行為概率學(xué)上導(dǎo)致的結(jié)果。然而這些微小粒子本身也是遵循基本物理學(xué)原理的，而那些基本物理學(xué)原理卻并不區(qū)分過(guò)去和將來(lái)。

于是玻爾茲曼的理論中便出現(xiàn)了一個(gè)棘手的悖論：如果你說(shuō)朝未來(lái)發(fā)展，熵值將會(huì)增加，那么我也可以說(shuō)，隨著倒回過(guò)去，熵值將會(huì)增加。玻爾茲曼說(shuō)，因?yàn)楫a(chǎn)生破碎 的雞蛋要比產(chǎn)生一個(gè)完好的雞蛋容易得多，因此有理由預(yù)期完好的雞蛋將會(huì)變成破碎的雞蛋。但這里同樣存在另外一種解釋：完好的雞蛋是難以出現(xiàn)的小概率事件， 那么雞蛋應(yīng)當(dāng)在大部分的時(shí)間里處于破碎狀態(tài)，只有在非常偶發(fā)的情況下才會(huì)呈現(xiàn)出完好的狀態(tài)，但也應(yīng)該只能持續(xù)很短的時(shí)間，隨后就應(yīng)該再次回到破碎的“常見(jiàn)狀態(tài)”才對(duì)。

事件一旦發(fā)生就不能倒回去　　簡(jiǎn)而言之，你可以運(yùn)用玻爾茲曼有關(guān)熵的理論來(lái)證明：過(guò)去和未來(lái)應(yīng)當(dāng)看上去是相似的。但這并非我們的日常經(jīng)驗(yàn)告訴我們的事實(shí)，于是我們又回到了最初的那個(gè)問(wèn)題——為何時(shí)間會(huì)有方向?

對(duì)此，玻爾茲曼考慮了幾種解決的方式。其中效果最好的一種被稱之為“過(guò)去假設(shè)”(past hypothesis)。這一理論非常簡(jiǎn)單：在遙遠(yuǎn)的過(guò)去的某一時(shí)刻，宇宙曾經(jīng)處于低熵狀態(tài)。

如果這一假設(shè)成立，那么玻爾茲曼理論框架中的“瑕疵”將不復(fù)存在。過(guò)去和未來(lái)看上去將會(huì)很不一樣，因?yàn)檫^(guò)去的狀態(tài)熵值要比未來(lái)的狀態(tài)低得多。因此，雞蛋一旦打破將無(wú)法恢復(fù)。

這樣的解決方式非常簡(jiǎn)潔有力，但卻會(huì)引出一個(gè)全新的問(wèn)題，那就是：你怎么知道所謂“過(guò)去假設(shè)”理論是正確的?既然低熵狀態(tài)是難以出現(xiàn)的，那么為何在遙遠(yuǎn)的過(guò)去宇宙竟然會(huì)處于這樣一種“難以出現(xiàn)”的狀態(tài)?

玻爾茲曼未能解決這個(gè)問(wèn)題。玻爾茲曼本身是一名狂躁抑郁癥患者，在自己的觀點(diǎn)被主流物理學(xué)界多次拒絕之后，他確信自己畢生的工作都將會(huì)被人們所遺忘。1906年在的里雅斯特附近的一次家庭度假期間，玻爾茲曼用上吊的方式結(jié)束了自己悲劇的一生。

他的自殺尤其具有悲劇色彩，因?yàn)榫驮谒篮蟛坏?0年時(shí)間里，物理學(xué)界開(kāi)始認(rèn)識(shí)并接受他有關(guān)原子的理論觀點(diǎn)。另外，在接下來(lái)的數(shù)十年間，新的發(fā)現(xiàn)表明或許存在著一種方法，可以解釋“過(guò)去假設(shè)”所設(shè)想的情形。

宇宙大爆炸

混亂的宇宙。一個(gè)擁有星系，恒星和行星的宇宙實(shí)際上比充斥著高溫致密氣體物質(zhì)的原始宇宙具有更高的熵值　　在20世紀(jì)，我們對(duì)于宇宙的認(rèn)識(shí)發(fā)生了徹底的改變，我們發(fā)現(xiàn)宇宙是有開(kāi)端的。

在玻爾茲曼的年代，大多數(shù)物理學(xué)家相信宇宙是永恒的——它一直是存在的，過(guò)去是，將來(lái)也是。但在20世紀(jì)20年代，天文學(xué)家們發(fā)現(xiàn)所有的星系都在遠(yuǎn)離我們而去。他們意識(shí)到，宇宙正在膨脹。這就意味著，在過(guò)去的某一時(shí)刻，宇宙曾經(jīng)聚集在一起。[!--empirenews.page--]

在接下來(lái)的幾十年間，物理學(xué)家們逐漸達(dá)成一致意見(jiàn)，我們的宇宙是從一個(gè)極度高溫致密的“點(diǎn)”開(kāi)始的。這個(gè)“點(diǎn)”快速膨脹并冷卻，形成了我們所知的一切事物。這一從微小的一個(gè)點(diǎn)開(kāi)始發(fā)生的迅速膨脹過(guò)程被稱為“大爆炸”。

這似乎可以支持“過(guò)去假設(shè)”理論。卡羅爾表示：“人們會(huì)說(shuō)，好吧，很顯然早期宇宙是處于低熵狀態(tài)的。但為何從一開(kāi)始，在大約距今140億年前的宇宙初期會(huì)處于低熵狀態(tài)，這個(gè)問(wèn)題我們目前還無(wú)法解答。”

我們現(xiàn)在知道宇宙的年齡大約有140億年　　平心而論，一次巨大的宇宙大爆炸事件聽(tīng)起來(lái)并不像是某種能夠與低熵相聯(lián)系起來(lái)的事物。畢竟，爆炸的規(guī)模是巨大的。在早期宇宙中存在許多不同的方式可以重新安 排物質(zhì)和能量，使之仍舊能夠保持高溫，微小并處于膨脹狀態(tài)。但正如事實(shí)已經(jīng)證明了的那樣，在周圍存在大量物質(zhì)的情況下，熵可能會(huì)有所不同。

請(qǐng)想象一個(gè)巨大的空曠空間，在它的中央位置時(shí)一團(tuán)質(zhì)量與太陽(yáng)相當(dāng)?shù)臍怏w云。引力將把氣體物質(zhì)聚集到一起，最終這些氣體物質(zhì)將逐漸形成團(tuán)塊并發(fā)生塌縮，新的恒 星誕生了。但如果熵是永遠(yuǎn)增加的，那么所有這些又怎么可能發(fā)生?因?yàn)楹茱@然，氣體物質(zhì)處于稀疏和分散狀態(tài)下的可能方式遠(yuǎn)多于聚集。

量子力學(xué)與相對(duì)論的局限

恒星和行星是從巨大的星云物質(zhì)中經(jīng)過(guò)塌縮冷凝而形成的　　關(guān)于這個(gè)問(wèn)題的答案在于引力。引力會(huì)對(duì)熵產(chǎn)生影響，但物理學(xué)家們?nèi)匀徊簧趵斫馄渚唧w的作用方式。對(duì)于一個(gè)具有足夠大質(zhì)量的物體，相比致密和均勻的狀態(tài)，形成 團(tuán)塊是熵值更高的狀態(tài)。因此一個(gè)擁有星系，恒星和行星的宇宙實(shí)際上比充斥著高溫致密氣體物質(zhì)的原始宇宙具有更高的熵值。

這就意味著我們?cè)庥龅搅艘粋€(gè)新的問(wèn)題——那個(gè)從大爆炸當(dāng)中形成的，充斥著高溫致密氣體的宇宙是低熵的，因而應(yīng)該是不太可能出現(xiàn)的。卡羅爾表示：“如果有一袋子宇宙，你伸手進(jìn)去隨便掏出一個(gè)，那么你不太可能會(huì)掏出一個(gè)像這樣的宇宙來(lái)。”

那么我們的宇宙究竟如何會(huì)以這樣一種“不太可能”的狀態(tài)開(kāi)端?對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，我們目前甚至還不清楚究竟哪種回答才應(yīng)當(dāng)算是令人滿意的。正如美國(guó)紐約大學(xué)的物理學(xué)家蒂姆·麥德林(Tim Maudlin)所言：“究竟什么樣的理論才能被認(rèn)定是對(duì)于宇宙初始狀態(tài)的解釋?”

一種觀點(diǎn)是認(rèn)為在宇宙大爆炸之前還存在著其他東西。這樣的想法可以解釋宇宙早期的低熵狀態(tài)嗎?

卡羅爾和她以前的一個(gè)學(xué)生曾經(jīng)一起提出過(guò)一個(gè)模型，該模型認(rèn)為有大量的“嬰兒宇宙”正從它們各自的“母宇宙”中誕生出來(lái)并不斷膨脹，形成一個(gè)個(gè)與我們所處的宇宙相似的多重宇宙。這些“嬰兒宇宙”可以以低熵的狀態(tài)開(kāi)端，但這一“多重宇宙”作為一個(gè)整體，其熵值一直是很高的。

如果這一理論假設(shè)成立，那么我們之所以會(huì)觀測(cè)到早期的低熵宇宙，只是因?yàn)槲覀儾荒芸吹礁蟪叨壬系膱D景。同樣的情況也適用于時(shí)間的方向性?？_爾表示：“這種理論認(rèn)為，從更大尺度上觀察，更高層級(jí)的宇宙中過(guò)去與未來(lái)是一樣的。”

有觀點(diǎn)認(rèn)為我們生活的宇宙是諸多類似的宇宙之一，即所謂“多重宇宙”　　然而并非所有人都同意卡羅爾或其他任何人對(duì)于“過(guò)去假設(shè)”的解釋。正如卡羅爾所言：“有很多的說(shuō)法，但其中甚至沒(méi)有一個(gè)是看起來(lái)很有希望成功的，更不要說(shuō)確鑿無(wú)疑的理論了。”

其中面臨的困難之一就在于，我們目前最好的理論仍然無(wú)法處理宇宙大爆炸時(shí)的情景。而如果我們?nèi)狈γ枋鲇钪嬲Q生時(shí)情況的理論體系，我們也就根本無(wú)法解釋為何當(dāng)時(shí)宇宙會(huì)處于低熵狀態(tài)。

對(duì)此，當(dāng)代物理學(xué)家們主要依賴于兩種基本理論基礎(chǔ)。其中之一是量子力學(xué)，其主要用于解釋微觀粒子，如原子的運(yùn)動(dòng)，而廣義相對(duì)論則可以描述宏觀大質(zhì)量物體，如太陽(yáng)的行為。然而這兩大理論體系卻無(wú)法相互融合。

“萬(wàn)物理論”

物理學(xué)的能力仍然是非常有限的，它無(wú)法為所有事物的本質(zhì)給出解釋　　因此如果有一樣?xùn)|西質(zhì)量非常大，但同時(shí)又非常微小的時(shí)候——比如大爆炸時(shí)期的宇宙，物理學(xué)便進(jìn)入到一個(gè)完全陌生的領(lǐng)域。因此如果要想描述此時(shí)宇宙的情況，就必須將描述大質(zhì)量天體行為的廣義相對(duì)論與描述微觀粒子行為的量子力學(xué)統(tǒng)一起來(lái)，構(gòu)建起一套新的“萬(wàn)物理論”才能做到。

這一終極理論將是我們理解時(shí)間單向性的關(guān)鍵。英國(guó)愛(ài)丁堡大學(xué)的物理學(xué)家瑪麗娜·柯提思(Marina Cortês)表示：“找出這一終極理論將最終讓我們了解大自然是如何構(gòu)建出空間與時(shí)間的。”

然而不幸的是，盡管已經(jīng)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年的努力，迄今物理學(xué)家們?nèi)匀晃茨苷业竭@樣一個(gè)萬(wàn)物理論。但至少我們已經(jīng)有了一些可能的候選理論。

目前看來(lái)最有希望的“萬(wàn)物理論”候選者之一便是所謂的“弦論”，該理論認(rèn)為所有亞原子粒子實(shí)際上都是由微小的“弦”所構(gòu)成的　　其中看起來(lái)最有希望的一項(xiàng)理論便是所謂“弦論”，該理論認(rèn)為所有亞原子粒子實(shí)際上都是由微小的“弦”所構(gòu)成的。弦論的主要觀點(diǎn)還包括認(rèn)為空間擁有額外的維 度，超出傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)中的三維，只是其他維度發(fā)生的卷曲而只存在于微觀尺度;除此之外，該理論認(rèn)為我們生活在某種形式的多重宇宙之中，并且在不同的宇宙中物理 學(xué)定律是不同的。[!--empirenews.page--]

所有以上這些聽(tīng)上去都顯得非常古怪。然而大多數(shù)粒子物理學(xué)家都將該理論視作是我們最終通往萬(wàn)物理論最有希望的途徑。

但這并不能幫助我們解釋時(shí)間方向性的問(wèn)題。正如幾乎所有其他的基礎(chǔ)物理理論一樣，弦論的方程并未在過(guò)去與未來(lái)之間勾勒出一道明顯的界限。如果弦論最終被證實(shí)是正確的，那么它或許無(wú)法對(duì)時(shí)間的方向性作出解釋，于是柯提思開(kāi)始嘗試尋找更好的解決方案。她與加拿大滑鐵盧的圓周研究所(Perimeter Institute)的李·斯莫林(Lee Smolin)合作，試圖找出可以替代弦論，并在最基礎(chǔ)的層面上兼容時(shí)間有向性的新理論。

柯提思與斯莫林指出，我們的宇宙是由一系列完全獨(dú)特的事件所組成的，完全相同的事件永遠(yuǎn)不會(huì)重復(fù)出現(xiàn)。而每一組事件的發(fā)生只能對(duì)下一組的事件產(chǎn)生影響，而時(shí) 間的有向性正在建筑在這一基礎(chǔ)之上的。柯提思表示：“我們希望，如果能夠用這類方程開(kāi)展宇宙學(xué)研究，我們將最終抵達(dá)宇宙最初始階段的狀態(tài)并發(fā)現(xiàn)它并非是特 別的。”

這與玻爾茲曼的解釋完全不同，他當(dāng)時(shí)對(duì)此給出的解釋是，時(shí)間的有向性只是概率論規(guī)則下的一種現(xiàn)實(shí)結(jié)果?？绿崴急硎荆?ldquo;時(shí)間并非真的是一種錯(cuò)覺(jué)。它真實(shí)存在并且真的在向前流逝。”

但大部分的物理學(xué)家都贊同玻爾茲曼對(duì)于這一問(wèn)題的解釋。大衛(wèi)·阿爾伯特(David Albert) 是美國(guó)哥倫比亞大學(xué)的一名物理學(xué)家，他表示：“玻爾茲曼在很早之前就指出了解決這一問(wèn)題的正確方向。這里存在著實(shí)實(shí)在在的希望，如果你挖掘地足夠深入，你 就會(huì)發(fā)現(xiàn)整件事正是玻爾茲曼所指出的那樣。”卡羅爾對(duì)于這番言論同樣表示贊同。他說(shuō)：“如果大爆炸時(shí)低熵的，那么它就是如此。我們可以解釋過(guò)去與未來(lái)之間 存在的所有不同。”

時(shí)間永遠(yuǎn)向前，但沒(méi)有人知道這是為什么　　不管是通過(guò)這種方式還是那種方式，要想解答有關(guān)世間有向性的問(wèn)題，我們就必須解釋存在于宇宙肇始之初的那個(gè)低熵狀態(tài)，而要想給出這樣的解釋，我們需要用到“萬(wàn)物理論”——不管它究竟是弦論，柯提思和斯莫林提出的新理論或者是其他什么理論。但人們?cè)谒褜とf(wàn)物理論的道路上已經(jīng)辛苦前行了90年，我們究竟發(fā)現(xiàn)了什么?如果哪天我們真的找到了這樣的理論，我們又如何能知道這就是那個(gè)正確的“萬(wàn)物理論”?

我們可以用某種非常微小但密度又非常高的物體去測(cè)試這一理論。但我們無(wú)法回溯時(shí)間，回到大爆炸發(fā)生的時(shí)刻。另外，不管最近的某部科幻電影中拍攝的如何離奇，我們是無(wú)法進(jìn)入黑洞并將信息發(fā)送出來(lái)的。那么如果我們真的想要搞清楚為何雞蛋破碎后不能復(fù)原，我們究竟能夠做點(diǎn)什么?

就目前而言，我們最大的希望就在于人類歷史上建造過(guò)的最大型機(jī)器——大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)。LHC是一臺(tái)超級(jí)粒子加速器，在法國(guó)和瑞士邊界地下建造了長(zhǎng)達(dá)27公里的加速軌道。它能將質(zhì)子以接近光速的速度迎面對(duì)撞，并在這樣的超高能級(jí)對(duì)撞中制造出新的粒子。

歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)地下管道一角?，F(xiàn)在更加強(qiáng)大的LHC已經(jīng)準(zhǔn)備就緒。如果我們的運(yùn)氣足夠好，升級(jí)后的LHC設(shè)備將有望產(chǎn)生人們此前從未接觸過(guò)的新的基本粒子，從而為科學(xué)家們最終揭示“萬(wàn)物理論”提供幫助　　在過(guò)去的兩年時(shí)間里，LHC正在經(jīng)歷停機(jī)檢修，但從今年開(kāi)始它將重新開(kāi)始運(yùn)行，并將首次達(dá)成全功率運(yùn)行狀態(tài)。2012年，在半功率運(yùn)行的情況下，LHC幫助人們成功發(fā)現(xiàn)了希格斯玻色子，這種被人們稱作“上帝粒子”的神秘粒子賦予了其他粒子以質(zhì)量的屬性。這項(xiàng)成果被授予了諾貝爾獎(jiǎng)，而現(xiàn)在更加強(qiáng)大的LHC已經(jīng)準(zhǔn)備就緒。如果我們的運(yùn)氣足夠好，升級(jí)后的LHC設(shè)備將有望產(chǎn)生人們此前從未接觸過(guò)的新的基本粒子，從而為科學(xué)家們最終揭示“萬(wàn)物理論”提供幫助。

LHC設(shè)備將需要數(shù)年時(shí)間采集必要的數(shù)據(jù)并進(jìn)行相應(yīng)的處理與解譯。而一旦科學(xué)家們完成對(duì)所有數(shù)據(jù)的解譯，或許我們就能最終弄明白那個(gè)該死的碎雞蛋究竟為什么不能再圓回去了。