在愛因斯坦提出相對論之前,人們相信絕對時間的存在。那個時候,人們衡量一個事件,往往會採用「時間」來進行標記,因為時間是不會發生變化的。
後來相對論改變了這一觀點,認為時間會隨著觀察者的速度而發生變化。但是對於不論處在什麼速度的觀察者而言,光速總是保持不變的。
在地球上,我們的時間箭頭一直向前發展,就好像射出去的箭一樣,去不復返。正是因為時間箭頭的存在,才把地球上的時間分成了過去、現在和未來。
第一種時間箭頭是建立在熱力學上的時間,也就是說在這個基礎上,時間方向會變得無序或熵(具體是指系統的混亂程度)的增加。
第二種時間箭頭是建立在心理學基礎上的,具體是指我們內心感覺到的時間流逝,在這個理論基礎上,我們只能意識到過去,也就是我們通常所說的記憶,但是卻無法意識到未來。
第三種時間箭頭是建立在宇宙學的基礎上,因此我們所知道的宇宙是膨脹的,而不是收縮的。
對於物理學家而言,量子力學是支持人們認識自然的三大支柱之其他兩個則是愛因斯坦的狹義相對論和廣義相對論。由此可見,愛因斯坦的相對論在物理學界的地位多麼重要。儘管愛因斯坦的相對論可以預言時間開始於大爆炸並且終止於黑洞,但是廣義相對論的方程卻並不適用於時間的開端和終結這兩種極端的情形。
因此,這一理論不能揭示大爆炸的結果、一些人認為這是上帝萬能的一種象徵,上帝可以用自己的方式來創造宇宙。
史蒂芬・霍金認為在經典廣義相對論中,因為所有已知的科學定律在大爆炸的奇點處崩潰,所以人們不能預言宇宙到底是如何開始的。如果說宇宙從一種非常平滑且有序的狀態開始,那麼熱力學的箭頭和宇宙學的箭頭將會保持在一致的方向上,但是也不排除宇宙是從一種完全無序的狀態開始的。
在這種混亂的無序狀態中,無序度不會隨著時間而增加。這樣就會出現兩種結果,一是保持常數,不會有定義好的熱力學時間箭頭出現;二是不斷地縮小,這樣一來熱力學箭頭的方向就會與宇宙學的方向相反。
現在的宇宙處在不斷膨脹的狀態,但是總有一天它會收縮。如果宇宙停止了膨脹,並且開始收縮的時候,我們的時間方向會出現怎樣的變化呢?在宇宙發生坍塌的時候,無序度會縮小,因為宇宙會回到光滑和有序的狀態。
這就意味著,宇宙在收縮的時候,我們的時間會和宇宙膨脹時的時間方向相反。也就是說,在收縮的宇宙狀態中,人們將以倒退的方式生活,他們會從年老的狀態漸漸變得年輕起來,最終在未出生的胎兒狀態下死去。這些對處於膨脹宇宙中的人們來說是難以理解的,但卻真實存在。
事實上,收縮的宇宙中所存在的時間方向以及因為這個方向而發生改變的事物不僅是難以理解的,更是無法生存的。也就是說,收縮的宇宙條件並不適合智慧人類的存在。
當宇字宙中的恆星耗儘自身的光與熱的時候,會收縮並坍塌,這個時候構成恆星的質子和中子將會因為衰老而變成輕粒子和輻射。宇宙會變得無序起來,強的熱力學時間箭頭便不復存在。但是對於一個智慧生物強的熱力學箭頭是必不可少的。
一個人想要生存下去,就必須吃食物,通過食物獲取能量。這種能量是收縮宇宙所不能給予的。
總的來說,只有不斷膨脹的宇宙才適合人類的生存。