我們?cè)谇皫渍轮锌吹搅?，長(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（即20世紀(jì)初――編者注），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(chēng)為“時(shí)間”的數(shù)以惟一的方式來(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，不管他怎么運(yùn)動(dòng)，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)惟一的絕對(duì)時(shí)間的觀念，相反，每個(gè)觀察者都有由他攜帶的鐘記錄的他自己的時(shí)間測(cè)量：不同觀察者攜帶的鐘不必要一致。這樣，相對(duì)于進(jìn)行測(cè)量的觀察者而言，時(shí)間變成一個(gè)更個(gè)人的概念。
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)和后退方向存在著非常巨大的差別。過(guò)去和將來(lái)之間的這種差別從何而來(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，正如前面解釋的，科學(xué)定律在稱(chēng)作C、P和T的聯(lián)合作用（或?qū)ΨQ(chēng)）下不變。（C是指用反粒子替代粒子。P的意思是取鏡像，這樣左和右就相互交換了。而T是指顛倒所有粒子的運(yùn)動(dòng)方向：事實(shí)上，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(chēng)下獨(dú)自不變。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)剛好和我們一樣。
如果科學(xué)定律在CP聯(lián)合作用以及CPT聯(lián)合作用下都不變，它們也必須在單獨(dú)的T作用下不變。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下，在地板上被打碎。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。
如果將其倒放回來(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)樵谌粘Ｉ钪袕奈匆?jiàn)過(guò)這種行為。如果發(fā)生這樣的事，陶瓷業(yè)將無(wú)生意可做。
為何我們從未看到破碎的杯子集合起來(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。
它可表述為，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：事情總是越變?cè)皆?！桌面上一個(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)間增加是所謂的時(shí)間箭頭的一個(gè)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，宇宙在這個(gè)方向上膨脹，而不是收縮。
我將在這一章論斷，宇宙的無(wú)邊界條件和弱人存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。我將論證熱力學(xué)箭頭確定心理學(xué)箭頭，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，我們將看到必然存在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，我將論斷，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)間方向上增加的智慧生命的發(fā)展，才有合適的條件。
首先，我要討論熱力學(xué)時(shí)間箭頭?？偞嬖谥扔行驙顟B(tài)多得多的無(wú)序狀態(tài)的這一事實(shí)，導(dǎo)致熱力學(xué)第二定律。
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)之一出發(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)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，它的無(wú)序度就會(huì)隨著時(shí)間的增加而增大。
假定拼板玩具盒的紙片從排成一幅圖畫(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，這很可能是一個(gè)不形成一幅合適圖畫(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)仍可能形成部分圖畫(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(lèi)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)，則在早期這宇宙很可能處于無(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)，所以談?wù)撊祟?lèi)的記憶是相當(dāng)困難的。然而，我們確實(shí)完全知道計(jì)算機(jī)的記憶器是如何工作的。因此，我將討論計(jì)算機(jī)的心理學(xué)時(shí)間箭頭。我認(rèn)為，可以合理假定計(jì)算機(jī)和人類(lèi)有相同的箭頭。
如果不是這樣，人們可能因?yàn)閾碛幸慌_(tái)記住明天價(jià)格的計(jì)算機(jī)而在股票交易中大發(fā)利市！
大體來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)的記憶器是一個(gè)包含可處于兩種狀態(tài)中的任一種的元件的設(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)位置中的一個(gè)。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)珠將要么位于鐵條的左邊，要么處于右邊）。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。
因此，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)間箭頭決定的。正像一臺(tái)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！