時間流逝為什麼只能是單向的

儘管我們都認為時間正在流逝，並且是只能朝一個方向，但時間的最神秘之處就在於，為什麼它只有這一個方向？

現代科學認為，時間是物質的三維運動對我們大腦影響形成的，只有物質和空間的存在，時間才能演化。時間是永不停頓的大自然節拍器，為每一個事件留下印記。

如果要某個人挑出時間有別於空間的最特別的性質，他首先可能舉出時間會流逝，其次可能會說，時間只能單向流逝而不可逆轉。

雖然許多物理定律對時間的過去和未來的方向未作區分，但從我們日常體驗來說，時間是有方向的、是在向前演化的，畢竟我們看到孩子在一天天成長，樹苗在一天天長高。

看看秒針在錶盤上飛駛，我們真切意識到時間接連不斷地成為現在，再毫不留情地離開。例如，當我們一知道現在是3點鐘，趕忙喝杯茶，急匆匆去學校接孩子，然後好像時間馬上就在一刻鐘之後家長們就要擠滿學校大門口似的，如此等等。就這樣，時間無情地向前飛跑，人生的畫面一張張掠過，而墳墓張大著嘴在前面等著我們。

日常生活的時間在向前與朝後兩個方向之間有著巨大差別。設想有一隻水杯跌落，在地面上摔成碎片。要是把這個事件攝成一段視頻，則不難區分該過程是向前還是朝後。如果將其倒退播放，會看到杯子碎片突然自行聚合成一隻完好如初的杯子。你馬上可判定此時視頻在倒放，因為日常體驗不可能觀察到此類行為。要是真會出現這種事件，玻璃廠必定破產無疑。

英國理論物理學家霍金（Stephen W. Hawking）曾於1988年4月在加州大學伯克利的一場時間方向（Direction of time）演講中認為，時間流逝方向至少存在三類不同的時間箭頭（方向），其共同點就是時間流逝是單向的。

一、第一類，熱力學時間箭頭

沿著這一時間方向，無序程度或熵總是在增加。

為什麼我們看不到破碎的杯子重新複合，通常的解釋是，熱力學第二定律（Second law of thermodynamics ，也稱熵增定律）不容許出現這類事件。該定律告訴我們：無序程度，或者說熵，總是隨時間流逝而增大。換言之，這也是墨菲定律（Murphy's law）的內涵，事物總是朝著更糟的方向發展。

一隻完整的杯子處於高度有序狀態，而破碎的杯子是一種無序狀態。因此，只能從過去的一隻完整的杯子變成未來的破碎杯子，但反其道行之則不能。

熱力學第二定律還告訴我們，無序狀態的數目要比有序狀態多得多。例如，一棟房子，是磚瓦有序排列一種方式，要是把它拆了，其瓦礫堆成一團，其堆放排列方式的數目是非常非常多的。它們都是無序排列狀態，而且比有序排列數目顯然要多得多，無序程度隨時間而繼續增大。如果說這些瓦礫會自行重新排列成一棟高度有序的房子，則是荒謬的。

無序程度，或者說熵隨時間而增大，是時間箭頭的一個例子。只有熵增大的方向才是時間流逝的方向。

二、第二類，心理學時間箭頭

這個方向使我們感覺到時間在不斷流逝。沿著這一方向，從事件的感知到事件的記憶，我們記住了過去。

從大腦神經機制來說，對時間的感知是大腦構建的，它依賴於大腦神經與外界的互動協調，並形成記憶。

人在沒有獲取記憶之前，其大腦處於空白無序狀態，如同計算機對「1」和「0」有相同的概率。當大腦與環境互動（如聽覺、視覺、觸覺等）有了記憶之後，記憶細胞（如同計算機存儲器）從無序狀態轉為有序狀態。但是，為了保證大腦處於正確的狀態，人必須消耗一定的能量。這部分從食物轉化成的能量以熱的形式被大腦消耗掉了，宇宙中的無序程度便因此而增大。可以證明，無序程度的這種增量，比大腦的有序程度的增加要大得多。因此，由於大腦的學習和記憶，宇宙中無序狀態的總量在增大。

人腦記住了過去，所取的時間方向與無序程度的增大方向是一致的。這意味著我們對時間方向的主觀感覺，即心理學時間箭頭，是由熱力學時間箭頭確定的。

三、第三類，宇宙學時間箭頭

沿著這一時間方向，宇宙是在膨脹，而不是收縮。

廣義相對論中，宇宙時空的開端必然是一個奇點，是具有高度有序狀態的勢能。大爆炸後宇宙開始了膨脹，隨著時間的推移，它變成呈現成團結構的無序狀態。

這也可以用來解釋熱力學時間箭頭的存在。宇宙在開始的時候呈現能量的高度有序狀態，隨時間變得越來越無序。所以，我們對時間的主觀感受應當是沿著這一方向，宇宙正在不斷膨脹，而不是取相反方向。

終極而言，宇宙的未來將是萬物越來越冷寂，直到時間停止。因為已無足夠的活動可以讓可測量的時間繼續前進。更準確地說，時間將走向終點，但作為一個無限的過程，它永遠不會真正抵達終點。

用數學的語言說，時間將無限趨近於終點，但永遠不會真正終止。宇宙的熵是一條單向道，就是時間箭頭的來源。

四、因果不對稱性

所謂「因果不對稱性」（Causal asymmetry），也是一種時間箭頭，方向從原因到結果的單向性。

因果不對稱性的特徵顯示，時間沿著一個方向前進總是比另一個方向更複雜、更困難，甚至根本不可能。例如，氣象工程師利用今天的天氣信息資料或數據可以較為精確地預測未來一周的降水機率。但要他根據同樣的數據反推過去一周的降水情況，其難度大到幾乎做不到。

因此就有學者認為，因果不對稱性就是時間單向性的基本特徵。物理學家愛丁頓（Arthur Eddington）就主張，因果不對稱性決定了時間維度只能朝一個方向前進（先有因，後有果），而朝後（先有果，再有因）則無法實現。

五、結束語

我們對時間已有的種種認知可以確認，時間維度只能朝單一方向。如果時間反轉，意味著無序程度隨時間而開始減小，無序逐漸變成有序，就會出現奇幻的場景：破碎的杯子自發地復原，記住了明天的股票價格就可以在今天的股市中大發橫財。顯然，這些都不會發生。

至於有部分學者認為，在特定條件下量子計算中的因果不對稱性會消失，等於說時間可以不存在或者時間箭頭可以反轉。但這種純理論的概念是否正確，在學界存在較大爭議，並不能等同到現實世界。

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