在我们看来，时间永远是从过去流向未来。然而，如果宇宙再一次发生崩坍，时间之箭就有可能回转——

在德国托伊托堡森林有一块智慧的绿洲——比勒费尔德跨学科研究中心给世界一个神秘的印象，一个进行研究和思想交流的临时小生境，汇集着来自世界各地的知名科学家和哲学家，他们在那里紧张地忙碌着。然而对“时间”这个基本而又自然的课题，只有很少一部分人会有这样的想法，那就是时间是否可能存在着未揭开之谜：时间是否是多向的？过去和将来之间的区别是什么？

图为劳伦斯S · 舒尔曼

英国作家艾尔弗雷德L · 坦尼森（Alfred Lord Tennyson）曾写道：“夜晚的时间似流水。”然而，那持续不断的、明显的、同时又不是真正存在着的时间流失现象也许只是一种幻觉，但时间流逝毕竟是一个问题。因为时间对称性是基本自然规律，所谓时间对称是指过去与未来之间是不存在方向或偏向的。正如大家所知道的，回放影片中的画面与我们的生活经验相反，例如通过“魔手”将地面的碎片形成一个完好的杯子，然后这只杯子再跳回到桌面。在现实中，这种情景是看不到的。

在这个聚集着全世界最优秀科学家的跨学科研究中心里，研究人员试图发现这些平常的四维现象，由此他们得出惊人的结论：可能存在发出时间之箭的源头，时间开始于某次原始大爆炸，宇宙自那时起像时钟一样运转，从此有了时间的流逝。

在德国波茨坦克拉克森大学和美国纽约从事物理学研究的劳伦斯S · 舒尔曼（Lawrence S. Schulman）教授因这些有独创性的假设感到激动。他声称那些情况是有可能存在的。他说：“与宇宙学原理类似，我们位于宇宙中的空间是截面。按照时间宇宙原理，我们的时间方向没有什么异常。”

舒尔曼通过计算机模拟，发现在时间流逝过程中，两个单独的低熵粒子系统发生了变动，因此具有了一种有序布置（好比某个角落里的一个大箱子），于是它们的熵得以升高，最后其无序程度得以提高。这里的关键问题是：舒尔曼开始研究在同一“箱子”里的两个相反的时间之箭的空间系统。其中一个空间系统的时间方向总是显示出从未来向过去流逝。当两个空间系统由于偶然运动的原因，其中的粒子始终处于无序状态。舒尔曼运用了一个参数，计算模拟粒子间不同程度的相互作用。他说：“当两个区域的相互作用很强时，至少有一个区域必然会失去其时间之箭。”相反的时间之箭之间存在着较弱的相互作用，这一点让舒尔曼感到极为惊愕。“刚开始时，我没有也不能估计到这一点。这个结果让我和我的同事感到意外。但这不是魔力，而是一个方程在起作用。”

美国康乃尔大学的宇宙学家汤姆斯 · 戈尔德（Thomas Gold）在1958年就已经作出推测：如果宇宙再一次发生膨胀，宇宙空间范围内的时间之箭将相连接，而且可能反转。此时宇宙万事将会重新发生。

宇宙膨胀示意图

显然，当宇宙总质量超过某个临界值时，或者当真空的能量密度成为负值时，宇宙收缩最终发生爆炸是不可避免的。虽然，天文学家根据最近几年的观察，发现宇宙空间在连续不断地膨胀，但是他们没有而且也许不可能提供有关的最终证据。此外，斯坦福大学的物理学教授安德利 · 林德（Andrei Linde）和他的同事作出的计算引起了轰动。他们指出（仅仅是推测）：根据超重力或者超弦理论，宇宙已经到了“下半时”，未来100亿或200亿年的宇宙可能发生最终崩溃。这是一起惊异的大事件。然而，有一种在当今的宇宙中不断地快速产生出的神秘之能，将会阻止最终崩溃的发生。或者至少推迟最终崩溃的发生。人类通过远距离测量遥远空间的星球爆炸，甚至能够探索宇宙在数年内的命运。林德说：“展望未来是不容易的，但却是可能的。我们不应该错过机会。”

然而，除了解答“宇宙是否发生过崩溃”这个问题，对时间物理学来说更重要的是探究宇宙收缩之后果。澳大利亚哲学家、目前在爱丁堡大学任逻辑学教授的胡 · 普赖斯（Huw Price）说：“关于在一个崩溃了的宇宙中的时间倒流概念是否有意义，我们的宇宙是否真的会发生最终崩溃。”他写了一本书来描述时间之箭问题。书中写道：“如果宇宙收缩，根据热力学的第二个基本原理的事件将发生逆转，宇宙将开始进入一个奇特的时代。辐射将聚集于星球；肥料堆里将生出苹果和长出树木；死去的人将从他们的骨灰中复活，变得越来越年轻，最终回到未出生的状态。”

然而，这种情况并不是荒诞故事。澳大利亚麦夸里大学的物理学教授保罗 · 戴维斯（Paul Davies）说：“那是我们用时间倒流的语言对我们目前这个世界作的一个简单写照，根本没有让人感到诧异之处。仅仅是语言的表达与我们的经验不同，而不是物理学原理有什么不同。令人困惑不解的是，我们的正向时间会演变成为逆向时间，逆向时间会成为正向时间，两种情况是呈对称性的。”黄金假设确实面临着挑战，但也面临着机会，这个机会就是澄清时间前进的方向。

舒尔曼认为：“时间之箭的存在是由宇宙空间的膨胀或收缩造成的。咖啡会变凉，而类星体会不断地离去，”他集中论述了这个假设并指出两个过程背后的同一个原因。他着重指出：“应该注意时间方向性仅存在于宏观世界，而不存在于原子世界。时间之箭不是微观参数。”

但是时间之箭又是如何转向的呢？当宇宙空间膨胀到最大限度时，当物质的万有引力再一次开始减小时会发生什么情况呢？

舒尔曼说：“这取决于在原始大爆炸和终结大爆炸期间有多少时间从这里流逝。”每次爆炸发生时，好比发生了钟的时针突然停止然后倒转的情况。人类将过着没有主观性的颠倒的生活，越活越年轻，最后消失在母腹中。这种情景正如英国作家马丁 · 埃米斯（Martin Amis）在他的小说《时间之箭》中描写的那样，真令人难忘。

这个不可置信的结论让有些人感到惊愕。但是，隐藏在日常生活中的这种难以捉摸的现象可能在自然界中显露。然而重要的问题是：未来宇宙（或者至少在某个范围）的逆转时间似乎能够从现在向我们的过去行进。也就是说：可能是这样一种体系，它具有在同一太空领域内的完全不同的时间之箭。该系统是否能够在一定程度上得以实现并且均成为引人注目的现象呢？舒尔曼试图运用计算机模拟的方法来回答这个问题。他说：“关键在于正确地阐明问题。统计物理告诉我们，完全不同的时间之箭事实上是协调的。”这表明，时间逆转之岛的存在或许是有可能的，在那里逆转时间的方向与其周围的时间方向是完全不同的。舒尔曼从他的计算中得出结论：如果时间逆转之岛完全与外界隔离，它就保持其完好状态。在这个岛上，微弱的万有引力和电磁的影响力不足以改变相反的时间方向。事实上，离我们相近的那个时间逆转区域也许只有几光年之远。

舒尔曼推测：“这些位置上的引力有待于测量。这种时间倒转物质将具有看不见的或者是神秘的物质所具的全部性质。根据我们的假设，这些物质构成了我们的宇宙空间的大部分质量。”如果这些物质是源于遥远的未来的，那里的所有星球很早就已经消失了。我们还可以想象，这种神秘的物质产生于发生在遥远未来（那时候还不存在很多时间之箭）的正常物质和已耗尽物质的宇宙尸体之间的碰撞。舒尔曼认为：“今天出现的这些现象可能受宇宙之末的边界的影响。在我们的宇宙中存在的逆行时间之箭一定是可以观察得到的。根据时间倒流的理论，这种情况的出现不是不可能的。”

美国得克萨斯大学的约翰 · 惠勒（John Wheeler）于20世纪70年代就已经提出存在跟踪逆转时间的可能性：可以测量具有极长半衰期的放射性元素之衰变，这种衰变通常是呈指数出现的。但是如果以后的时间改变了方向，那么今天的衰变一定是另一种形式，因为物质从未来“回返”衰变。只需看一下数千克的铼187和钐147元素，它们的半衰期有1000亿年等级，为此显示出这样的征兆：我们的宇宙总有崩溃之时。然而，舒尔曼提出以下的疑问：人的一生时间也许不够用以测量银河中铼和钐原子。此外，量子物理学的精密程度（例如在量子突变期间）可能使这个估计失效。

舒尔曼认为：“其他的变化过程可能是富有启发性的。它们确实是缓慢的并且包含广阔的宇宙范围。无疑人类还是必须观看天空。”这位物理学家认为：关于银河和银河群，它们分布和运动取决于在早期宇宙的初始状况，且可能在超大型计算机上作出极为详细的计算。

这些传播得很广的结论在物理界引起人们的兴趣，以色列技术学院的阿莫斯 · 奥利（Amos Ori）教授认为：“舒尔曼已经证实了人们可以通过研究出一种正确的途径建立具有两个模拟时间之箭的模型。”澳大利亚格里菲斯大学的戴维T · 佩格（David T. Pegg）说：“我没有发现在计算方面有明显的错误。舒尔曼已经证实了他所提出的问题。我准备接受关于时间之箭的模型，除非有与之相反的结论。”

当然也有对舒尔曼提出的时间之箭问题抱怀疑态度的。迪特尔 · 蔡（Dieter Zeh）是德国海德堡大学一位退休的物理学教授，他也许是全世界最享有盛名的时间之箭专家。即便是他也同样对时间之箭报有怀疑态度。“重要的问题是，舒尔曼为我们的宇宙作的例证是真实的。他能够通过实验和错误找到他的解答，并在许多可能的解答中进行挑选。此外我们应该相信：在宇宙范围内的引力起着重要作用。”因此一个问题产生了：起始条件和终结条件是否是真正相容的。迪特尔 · 蔡的部分未公开发表的计算结果表明，正如舒尔曼的模型所设想的那样，时间之箭的计算是很艰难的。他和德国科隆大学物理学教授克劳斯 · 基费尔（Claus Kiefer）不认为在今天的宇宙时逝岛上存在着未来。

根据物理学能量变换理论，逆向收缩将会引起旧时间方向的完全被破坏，信息处理系统不能阻止时间回转，因此人们也不能观察到时间回转。但是正如舒尔曼、基费尔和迪特尔 · 蔡所指出的，在一个收缩的宇宙（相对于膨胀的宇宙）中，时间是逆转的。因此，一个明确的、客观的以及永远朝着一个方向流逝的时间是不会存在的。宇宙的起始和终结可能是精确的不可辨别的镜像。迪特尔 · 蔡说：“这就是量子引力相同状态的理论。”因此，他将原始大爆炸和终结大爆炸两大概念表示为界于原始和终结大爆炸之间的大爆炸（Big Brunch）。

基费尔和迪特尔 · 蔡不像舒尔曼满足于从热动力学中寻找根据，而是以他们的对许多深刻的但是目前仅仅处于萌芽阶段的看得见的量子宇宙学基础为根据。为此，他们运用了Wheeler-DeWitt方程（其边界条件目前还未被掌握，还没有一个确切的“万能公式”可用来解答问题）并认为：“从某种意义上说，Wheeler-DeWitt方程的结构就是时间。”

剑桥大学的斯蒂芬 · 霍金（Stephen Hawking）教授也认为，原始大爆炸和终结大爆炸的热当量一定是相等的，也是一种量子宇宙的Big Brunch。1985年，他与加州大学的詹姆斯B · 哈特尔（James B. Hartle）共同研究出了关于宇宙模型的Wheeler-DeWitt方程解。不过，3年以后，因为唐N · 佩奇（Don N. Page，今天是加拿大艾伯塔大学的物理学教授）对此提出异议，霍金放弃了因宇宙崩坍引起的时间倒转的设想。霍金说：“我明白了，我犯了一个错误。”正如霍金后来所阐述的原始大爆炸和终结大爆炸确实是不对称的。

霍金的结论与当今英国物理学家马丁 · 里斯（Martin Rees）、保罗 · 戴维斯（Paul Davies）和罗杰 · 彭罗斯（Roger Penrose）提出的崩坍宇宙概念相符。然而，时间之箭并未倒转，也没有停止。研究宇宙未来的天文学家还将观察到银河系群之间始终靠得很近、宇宙温度始终在上升。黑洞继续吞没着物质，而且永久性地在增大。在各个宇宙处于融合在一起的最后状态之前，黑洞将不间断地吸引众多的宇宙。终结大爆炸与原始大爆炸不仅是不相同的，而且两者是异质的。最终，熵的大部分存在于黑洞之中。

[Bild der Wissenschaft，2002年12月号]