在這個(gè)期間，初始的非均勻性被放大到足以解釋在我們周圍觀察到的結(jié)構(gòu)的起源。1992年宇宙背景探險(xiǎn)者衛(wèi)星（cobe）首次檢測(cè)到微波背景隨方向的非常微小的變化。這種非均勻性隨方向的變化方式似乎和暴脹模型以及無(wú)邊界設(shè)想的預(yù)言相符合。這樣，在卡爾·波普的意義上，無(wú)邊界設(shè)想是一種好的科學(xué)理論：它的預(yù)言可以被觀測(cè)證偽，但是卻被證實(shí)了。在一個(gè)各處物質(zhì)密度稍有變化的膨脹字宙中，引力使得較緊密區(qū)域的膨脹減慢，并使之開(kāi)始收縮。這就導(dǎo)致星系、恒星和最終甚至像我們自己這樣微不足道的生物的形成。因而，我們?cè)谟钪嬷锌吹降乃袕?fù)雜的結(jié)構(gòu)，可由宇宙無(wú)邊界條件和量子力學(xué)中的不確定性原理給予解釋。

空間和時(shí)間可以形成一個(gè)沒(méi)有邊界的閉曲面的思想，對(duì)于上帝在宇宙事務(wù)中的作用還有一個(gè)深遠(yuǎn)的含義。隨著科學(xué)理論在描述事件的成功，大部分人進(jìn)而相信上帝允許宇宙按照一套定律來(lái)演化，而不介入其間促使宇宙觸犯這些定律。然而，定律并沒(méi)有告訴我們，字宙的太初應(yīng)該像什么樣子——它依然要靠上帝去卷緊發(fā)條，并選擇如何去啟動(dòng)它。只要宇宙有一個(gè)開(kāi)端，我們就可以設(shè)想存在一個(gè)造物主。但是，如果宇宙確實(shí)是完全自足的，沒(méi)有邊界或邊緣，它就既沒(méi)有開(kāi)端也沒(méi)有終結(jié)——它就是存在。那么，還會(huì)有造物主存身之處嗎？

第九章時(shí)間箭頭

我們?cè)谇皫渍轮锌吹搅耍L(zhǎng)期以來(lái)人們關(guān)于時(shí)間性質(zhì)的觀點(diǎn)是如何變化的。直到本世紀(jì)初，人們還相信絕對(duì)時(shí)間。也就是說(shuō)，每一事件可由一個(gè)稱為“時(shí)間”的數(shù)以唯一的方式來(lái)標(biāo)記，所有好的鐘在測(cè)量?jī)蓚€(gè)事件之間的時(shí)間間隔上都是一致的。然而，對(duì)于任何正在運(yùn)動(dòng)的觀察者光速總是一樣的這一發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致了相對(duì)論；而在相對(duì)論中，人們必須拋棄存在一個(gè)唯一的絕對(duì)時(shí)間的觀念。代之以每個(gè)觀察者攜帶的鐘所記錄的他自己的時(shí)間測(cè)量——不同觀察者攜帶的鐘不必要讀數(shù)一樣。這樣，對(duì)于進(jìn)行測(cè)量的觀察者而言，時(shí)間變成一個(gè)更主觀的概念。

當(dāng)人們?cè)噲D統(tǒng)一引力和量子力學(xué)時(shí)，必須引入“虛”時(shí)間的概念。虛時(shí)間是不能和空間方向區(qū)分的。如果一個(gè)人能往北走，他就能轉(zhuǎn)過(guò)頭并朝南走；同樣的，如果一個(gè)人能在虛時(shí)間里向前走，他應(yīng)該能夠轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)并往后走。這表明在虛時(shí)間里，往前和往后之間不可能有重要的差別。另一方面，當(dāng)人們考察“實(shí)”時(shí)間時(shí)，正如眾所周知的，在前進(jìn)和后退方向存在有非常巨大的差別。這過(guò)去和將來(lái)之間的差別從何而來(lái)？為何我們記住過(guò)去而不是將來(lái)？

科學(xué)定律并不區(qū)別過(guò)去和將來(lái)。更精確地講，正如前面所解釋的，科學(xué)定律在稱作c、p和t的聯(lián)合作用（或?qū)ΨQ）下不變。（c是指將反粒子來(lái)替代粒子；p的意思是取鏡象，這樣左和右就互相交換了；t是指顛倒所有粒子的運(yùn)動(dòng)方向，也就是使運(yùn)動(dòng)倒退回去。）在所有正常情形下，制約物體行為的科學(xué)定律在cp聯(lián)合對(duì)稱下不變。換言之，對(duì)于其他行星上的居民，若他們是我們的鏡像并且由反物質(zhì)而不是物質(zhì)構(gòu)成，則生活會(huì)剛好是同樣的。

如果科學(xué)定律在cp聯(lián)合對(duì)稱以及cpt聯(lián)合對(duì)稱下都不變，它們也必須在單獨(dú)的t對(duì)稱下不變。然而，在日常生活的實(shí)時(shí)間中，前進(jìn)和后退的方向之間還是有一個(gè)大的差異。想像一杯水從桌子上滑落到地板上被打碎。如果你將其錄像，你可以容易地辨別出它是向前進(jìn)還是向后退。如果將其倒回來(lái)，你會(huì)看到碎片忽然集中到一起離開(kāi)地板，并跳回到桌子上形成一個(gè)完整的杯子。你可斷定錄像是在倒放，因?yàn)檫@種行為在日常生活中從未見(jiàn)過(guò)。如果這樣的事發(fā)生，陶瓷業(yè)將無(wú)生意可做。

為何我們從未看到碎杯子集合起來(lái)，離開(kāi)地面并跳回到桌子上，通常的解釋是這違背了熱力學(xué)第二定律所表述的在任何閉合系統(tǒng)中無(wú)序度或熵總是隨時(shí)間而增加。換言之，它是穆菲定律的一種形式：事情總是趨向于越變?cè)皆悖鹤烂嫔弦粋€(gè)完整的杯子是一個(gè)高度有序的狀態(tài)，而地板上破碎的杯子是一個(gè)無(wú)序的狀態(tài)。人們很容易從早先桌子上的杯子變成后來(lái)地面上的碎杯子，而不是相反。

無(wú)序度或熵隨著時(shí)間增加是一個(gè)所謂的時(shí)間箭頭的例子。時(shí)間箭頭將過(guò)去和將來(lái)區(qū)別開(kāi)來(lái)，使時(shí)間有了方向。至少有三種不同的時(shí)間箭頭：第一個(gè)，是熱力學(xué)時(shí)間箭頭，即是在這個(gè)時(shí)間方向上無(wú)序度或熵增加；然后是心理學(xué)時(shí)間箭頭，這就是我們感覺(jué)時(shí)間流逝的方向，在這個(gè)方向上我們可以記憶過(guò)去而不是未來(lái)；最后，是宇宙學(xué)時(shí)間箭頭，在這個(gè)方向上宇宙在膨脹，而不是收縮。

我將在這一章論斷，宇宙的無(wú)邊界條件和弱人擇原理一起能解釋為何所有的三個(gè)箭頭指向同一方向。此外，為何必須存在一個(gè)定義得很好的時(shí)間箭頭。我將論證心理學(xué)箭頭是由熱力學(xué)箭頭所決定，并且這兩種箭頭必須總是指向相同的方向。如果人們假定宇宙的無(wú)邊界條件，我們將看到必然會(huì)有定義得很好的熱力學(xué)和宇宙學(xué)時(shí)間箭頭。但對(duì)于宇宙的整個(gè)歷史來(lái)說(shuō)，它們并不總是指向同一方向。然而，我將指出，只有當(dāng)它們指向一致時(shí)，對(duì)于能夠發(fā)問(wèn)為何無(wú)序度在宇宙膨脹的時(shí)間方向上增加的智力生命的發(fā)展，才有合適的條件。

首先，我要討論熱力學(xué)時(shí)間箭頭。總存在著比有序狀態(tài)更多得多的無(wú)序狀態(tài)的這一事實(shí)，是使熱力學(xué)第二定律存在的原因。譬如，考慮一盒拼板玩具，存在一個(gè)并且只有一個(gè)使這些小紙片拼成一幅完整圖畫(huà)的排列。另一方面，存在巨大數(shù)量的排列，這時(shí)小紙片是無(wú)序的，不能拼成一幅畫(huà)。

假設(shè)一個(gè)系統(tǒng)從這少數(shù)的有序狀態(tài)之中的一個(gè)出發(fā)。隨著時(shí)間流逝，這個(gè)系統(tǒng)將按照科學(xué)定律演化，而且它的狀態(tài)將改變。到后來(lái)，因?yàn)榇嬖谥嗟臒o(wú)序狀態(tài)，它處于無(wú)序狀態(tài)的可能性比處于有序狀態(tài)的可能性更大。這樣，如果一個(gè)系統(tǒng)服從一個(gè)高度有序的初始條件，無(wú)序度會(huì)隨著時(shí)間的增加而增大。

假定拼板玩具盒的紙片從能排成一幅圖畫(huà)的有序組合開(kāi)始，如果你搖動(dòng)這盒子，這些紙片將會(huì)采用其他組合，這可能是一個(gè)不能形成一幅合適圖畫(huà)的無(wú)序的組合，就是因?yàn)榇嬖谌绱酥嗟枚嗟臒o(wú)序的組合。有一些紙片團(tuán)仍可能形成部份圖畫(huà)，但是你越搖動(dòng)盒子，這些團(tuán)就越可能被分開(kāi)，這些紙片將處于完全混亂的狀態(tài)，在這種狀態(tài)下它們不能形成任何種類的圖畫(huà)。這樣，如果紙片從一個(gè)高度有序的狀態(tài)的初始條件出發(fā)，紙片的無(wú)序度將可能隨時(shí)間而增加。

然而，假定上帝決定不管宇宙從何狀態(tài)開(kāi)始，它都必須結(jié)束于一個(gè)高度有序的狀態(tài)，則在早期這宇宙有可能處于無(wú)序的狀態(tài)。這意味著無(wú)序度將隨時(shí)間而減小。你將會(huì)看到破碎的杯子集合起來(lái)并跳回到桌子上。然而，任何觀察杯子的人都生活在無(wú)序度隨時(shí)間減小的宇宙中，我將論斷這樣的人會(huì)有一個(gè)倒溯的心理學(xué)時(shí)間箭頭。這就是說(shuō)，他們會(huì)記住將來(lái)的事件，而不是過(guò)去的事件。當(dāng)杯子被打碎時(shí)，他們會(huì)記住它在桌子上的情形；但是當(dāng)它是在桌子上時(shí)，他們不會(huì)記住它在地面上的情景。

由于我們不知道大腦工作的細(xì)節(jié)，所以討論人類的記憶是相當(dāng)困難的。然而，我們確實(shí)知道計(jì)算機(jī)的記憶器是如何工作的。所以，我將討論計(jì)算機(jī)的心理學(xué)時(shí)間箭頭。我認(rèn)為，假定計(jì)算機(jī)和人類有相同的箭頭是合理的。如果不是這樣，人們可能因?yàn)閾碛幸慌_(tái)記住明年價(jià)格的計(jì)算機(jī)而使股票交易所垮臺(tái)。

大體來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)的記憶器是一個(gè)包含可存在于兩種狀態(tài)中的任一種狀態(tài)的元件的設(shè)備，算盤(pán)是一個(gè)簡(jiǎn)單的例子。其最簡(jiǎn)單的形式是由許多鐵條組成；每一根鐵條上有一念珠，此念珠可呆在兩個(gè)位置之中的一個(gè)。|qi-shu-wang|在計(jì)算機(jī)記憶器進(jìn)行存儲(chǔ)之前，其記憶器處于無(wú)序態(tài)，念珠等幾率地處于兩個(gè)可能的狀態(tài)中。（算盤(pán)珠雜亂無(wú)章地散布在算盤(pán)的鐵條上）。在記憶器和所要記憶的系統(tǒng)相互作用后，根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)，它肯定處于這種或那種狀態(tài)（每個(gè)算盤(pán)珠將位于鐵條的左邊或右邊。）這樣，記憶器就從無(wú)序態(tài)轉(zhuǎn)變成有序態(tài)。然而，為了保證記憶器處于正確的狀態(tài)，需要使用一定的能量（例如，移動(dòng)算盤(pán)珠或給計(jì)算機(jī)接通電源）。這能量以熱的形式耗散了，從而增加了宇宙的無(wú)序度的量。人們可以證明，這個(gè)無(wú)序度增量總比記憶器本身有序度的增量大。這樣，由計(jì)算機(jī)冷卻風(fēng)扇排出的熱量表明計(jì)算機(jī)將一個(gè)項(xiàng)目記錄在它的記憶器中時(shí)，宇宙的無(wú)序度的總量仍然增加。計(jì)算機(jī)記憶過(guò)去的時(shí)間方向和無(wú)序度增加的方向是一致的。

所以，我們對(duì)時(shí)間方向的主觀感覺(jué)或心理學(xué)時(shí)間箭頭，是在我們頭腦中由熱力學(xué)時(shí)間箭頭所決定的。正像一個(gè)計(jì)算機(jī)，我們必須在熵增加的順序上將事物記住。這幾乎使熱力學(xué)定律變成為無(wú)聊的東西。無(wú)序度隨時(shí)間的增加乃是因?yàn)槲覀兪窃跓o(wú)序度增加的方向上測(cè)量時(shí)間。你不可能有比這個(gè)更具勝算的打賭了！

但是究竟為何必須存在熱力學(xué)時(shí)間箭頭？或換句話說(shuō)，在我們稱之為過(guò)去時(shí)間的一端，為何宇宙處于高度有序的狀態(tài)？為何它不在所有時(shí)間里處于完全無(wú)序的狀態(tài)？畢竟這似乎更為可能。并且為何無(wú)序度增加的時(shí)間方向和宇宙膨脹的方向相同？

在經(jīng)典廣義相對(duì)論中，因?yàn)樗幸阎目茖W(xué)定律在大爆炸奇點(diǎn)處失效，人們不能預(yù)言宇宙是如何開(kāi)始的。