丹凤千字科普：霍金认为宇宙有自己的历史起点（详细资料介绍）

时间的奥秘并非自古就存在于人们的认知中，而是随着科学的进步逐渐揭示出来的。根据现代物理学的理论，如量子理论和相对论，时间并没有方向性，即没有过去和未来的明确界限。

那么，为什么人的感知会与物理定律存在不一致呢？已故科学家霍金提出了三个原因，或者说三个时间方向：宇宙时间方向、热力学时间方向和心理时间方向。

宇宙的起源与大有关，这导致了宇宙的膨胀。宇宙学的时间方向与膨胀的方向是一致的。

根据热力学的第二定律，熵（无序度）会随时间增加。例如，考虑一盒黑白珠子，初始时高度有序，但随着时间的推移，不断摇动会使珠子的排列越来越混乱。这就是无序度随时间增加的过程，为时间提供了方向性，区分了过去和未来。

第三点，人们从心理上感知时间的流逝，因此可以记住过去，但对未来的记忆却模糊。

热力学箭头和心理箭头在时间方向上必须保持一致，这是智慧生命（如人类）存在的必要条件。人类通过消耗食物（能量的有序状态）并将其转化为热量（能量的无序状态）来维持生命活动。这一过程反映了时间箭头的一致性。

为什么宇宙膨胀和热力学的时间方向会一致呢？霍金认为，宇宙从一个非常平坦且有序的状态开始，正如我们现在所观察到的，这种状态显示了一个清晰的时间箭头。如果宇宙一开始是混乱的团块，那么这种无序不会随时间增加，因此就不会有明确的时间方向。

关于热力学时间箭头，如果宇宙的无序度在减小，那么热力学和宇宙膨胀的时间箭头应该是相反的。但我们的观察与之不符。霍金认为三个时间方向的一致性是一个不可避免的事实。尽管霍金的理论在公众中仍有争议，但它确实为时间之谜建立了一种独特的联系。

一些研究人员认为时间之谜与宇宙起源的故事有关，但大多数研究人员仍然同意它与熵的关系，即任何不受外界影响的系统的无序程度会随时间的推移而增加。

仅仅根据热力学第二定律来解释时间箭头并不能完全解开这个谜团。事实上，熵的增加决定了时间的方向，直到系统达到平衡状态，也就是完全混沌的状态。但宇宙的混沌状态并没有达到理论上可能达到的水平，也就是说，宇宙的熵曾经很低，有很大的增长空间。这就引出了一个问题：为什么在大开启宇宙时钟的时候，过去的熵会如此之低？

在先进科学协会的年会上，理论物理学家卡罗尔提到，要理解这个问题，我们需要回到大时代，探究可观测宇宙的起点。大约137亿年前，大发生瞬间，宇宙开始膨胀。根据这种膨胀来解释日常生活中时间的流逝始于半个世纪前。当时的天文学家哥特首次将热力学时间箭头与基于大定义的宇宙时间箭头相联系，并引入了膨胀的概念。哥特认为膨胀空间增加了熵的方向性，无论开始时的熵是高还是低。即使开始时熵较高，膨胀也会使其更高，因此宇宙时间在前进。

卡罗尔指出，这种解决方案只是承认了时间方向的存在，而没有解释其原因。基本上，它将大定义为一个时间的起点，时间从这个点流向一个方向。但这种解释使得宇宙学方程中发现的两个时间方向之间无法保持平衡。Carol建议要找到完美的答案，我们必须回到更早的时间点——也许是在大之前！

卡罗尔提到，宇宙学家总是说大是时间和空间的起点，但在大之前发生了什么却不得而知。他们推测在那之前可能发生了某些事情。事实上，许多宇宙学家正在研究大之前可能发生的事情的可能性。自然界创造的宇宙只是众多时空特征中的一个气泡，它包裹着永恒的外衣。这个复杂的多宇宙世界包含了无数个单一宇宙，每个宇宙都诞生于自己的大中。这些婴儿宇宙可能与原始空洞相连。

卡罗尔认为这个空洞可能是一个高熵区域。虚无无法用一个确切的描述来表述，因为根据量子物理的不确定性原理，完全空的空间是不存在的。能量的波动是不可避免的。在极少数情况下，波动的能量足够大，可以打破完整的“气泡”，进入婴儿宇宙的存在。这些婴儿宇宙可能会膨胀到一种状态，让人类物理学家能够观察其内部。

大之前的虚无时空总能将其熵增加到更高的水平直至宇宙的诞生。即使婴儿宇宙可能是低熵的，整个系统的总熵可能是更高的。一旦离开母空间，低熵的婴儿宇宙将会膨胀，遵循热力学第二定律的时间单向性。最终宇宙的熵将达到最大值。

关于时间的方向性存在两种观点：一种是出现两个方向性的时间箭头；另一种是每个产生的“泡沫”都带有自己的单向时间箭头，“泡沫”之间保持时间的对称性。持有任一观点的个体都会坚信他们的泡沫是由过去的大产生的。在一个全知的观察者看来时间似乎是在两个方向上运动的正如物理定律所揭示的那样它们是相对对称的但无法找到严格的证据来证明这一观点它仅仅是众多观点之一用来调和永恒的物理法则和时间的方向性其他观点如麻省理工学院的物理学家l.McCohn提出的允许时间的双向性等理论都存在未被证实的漏洞和问题无法解释为何科学家最初接受的熵如此低及更深层次的问题对