如果有一天你看到奇怪的一幕：牛奶从融合的牛奶咖啡中自行分离出来，并且变得越来越热；煎蛋从平底锅跃入破碎的蛋壳，而蛋壳又慢慢地闭合在一起；满屋子的温暖阳光直向窗口奔去??此时，你肯定会说时间倒流了。

之所以得出这个结论，因为时间有一个明显的箭头(从过去走向将来)，我们把这个时间的不变箭头视为当然。可是在物理学上并无此定论，它可以有其他的箭头方向。因此，我们目前感觉到的时间方向成了一个谜。科学家试图找到时间的这一方向之起因。

我们关于时间箭头方向的观念，是与世界的熵(或说无序)的增长相关联。当你把牛奶融入咖啡时，首先，二者的混合是高度有序的，即所有的牛奶分子以一种整齐的流进入咖啡。但随着时间的流逝，牛奶分子失去了原有的取向，与咖啡随遇地混合。你虽然看到二者完全地混合在一起，但你不会看到牛奶突然地重新集聚，如此一幕是不可能出现的。

这是因为，分子随遇性排列具有大量的方式(扩散开来)，高熵型是它们开始时最得当的组织形式。其实这是一个概率问题，由于分子总是处在重新排列之中，它们几乎一直处在高熵型排列之序。当然，若它们一开始就是高熵型排列，我们就不会看到其中的任何变化；但若最初是低熵型，那这个熵必然要增大。故我们感知的时间箭头，最初由两个要素构成：首先，是一个低熵的开始，就像牛奶开始时是一种有序的排列；第二是搀和，牛奶和咖啡分子不断地重新排列。搀和对该系统的演化和重新排列，从低熵直向高熵态是必需的。

即使在更大的尺度上，情况也是如此。时间的宇宙学箭头(它始于大爆炸)要求宇宙有一个低熵的开始，此后，宇宙的内含物势必混合在一起。

第一个证据

那么，我们能找到我们宇宙中时间箭头的要素吗？其实，宇宙学家早已有了第一个要素的依据(他们看到了宇宙有一个低熵的开始)，从宇宙微波背景辐射(CMB)中看到了光子的排列，为宇宙初始时刻提供了一个快照。

CMB光子均匀地扩散，其密度和温度的变化之比仅为十万分之一。若CMB光子的扩散是均匀的，我们就可假定，初生宇宙的另一内含物质(诸如原子)，在当时也是均匀扩散的。初看起来，宇宙似乎处于十分明确的无序高熵态，但事实并非如此。宇宙是被引力所控制，它总要把物质札成堆，故用一个扩散态来描述是很难令人置信的。虽然没有人知道，为何是这样的，这似乎说明宇宙始于低熵态。

那么是什么提供了第二个要素呢？也即是什么搀和并重新排列宇宙的内含物？根据意大利物理学家瓦伊 · 古扎德扬(Vahe Gurzadyan)的观点，这个答案来自宇宙空间本身的形态。

1992年，古扎德扬和其学生阿门 · 科查扬(Armen Kocharyan)研究了一个课题：若宇宙存在一个“负曲率”，那么CMB将会产生什么效应呢？负曲率(正好是一个球形的反面)意味着宇宙中的每一个点既向上、又向下弯曲，就像一个马鞍上的中心点。物理学家长期以来在考证，宇宙可能具有这样的几何形态。

在宇宙中，CMB从一点到另一点的温度变化甚小，绘制出这幅变化图，有助于宇宙学家推理出有关宇宙的许多事物，诸如它的年龄和组成等。在研究中，古扎德扬和科查扬发现，宇宙中的负曲率将会把CMB中的点伸展为椭圆形。那是因为，我们今日所见的CMB光子，在宇宙中已运行了近140亿光年。若这一旅行是在负曲率空间进行的，每个小光斑将会显现出，好像它们是通过了一个扭曲的镜面。5年后，古扎德扬看到了从美国航空航天局(NASA)发射的COBE卫星传来的数据(它是第一个绘出CMB图的卫星)，证实了他们的预言：所有的点都被拉长了。

尽管这一观察结果是令人振奋的，但并不具有结论性的意义，因为COBE的分辨率不够高，难以精确地测出点的形状。古扎德扬推论说，这一表观的拉长，是因低质量成像技术所产生的。到了2003年，从威尔金森微波背景辐射各向异性探测卫星(WMAP)传回的数据中，经过古扎德扬等人的处理，滤去了所有无关的扭曲效应，于是就看到古扎德扬所说的“所有的点(不论它们的温度和尺度)都被不断地拉长。”

因为所有大小不同的点，都确切地、在同一状态中被扭曲。这一效应，不可能由于辐射创生时刚好碰上某物质而引起的。某些点是如此的巨大，在它们创生之时，其两端已超出了因果接触的范围之外，就像现在我们没有办法与一个越出了因果视界之外的区域通信一样。没有一种办法能将扭曲效应先后加在一个点上而产生出椭圆对称，它必将出现在以后——在光子通过宇宙的某个时刻。

若情况如此，古扎德扬说，我们就掌握了时间箭头的所有要素。宇宙也许始于低熵，其所有的内含物皆完整地向外扩散。当粒子通过宇宙时，它们的途径沿着空间曲线，在一个负曲率的空间中，任何2个邻近的粒子将很快地发散。这意味着所有的粒子，都将剧烈地重新排列，也就是空间的几何形态搀和着宇宙。

由于大量粒子的重新排列对应为高熵，故负曲率不可避免地导致物质走向高熵态。在宇宙的演化中，这意味着引力的集聚态随着熵的增高而加大。例如，恒星、星系的形成，由于它们而出现了重元素，当然最终还有我们。

这一进程的证据编码在CMB中，而CMB各点呈椭圆形揭示出光子路径的发散，与古扎德扬关于负曲率宇宙的预期精确地吻合。若空间几何形态搀和光子，那么它必搀和所有的物质。这样，(宇宙)低熵的起始，加上搀和就等于时间箭头。

虽然古扎德扬在不少地方发表了他的思想和研究数据，但科学界对其研究还存有争议。传统的观念认为，宇宙是偏平的，不存在负曲率。通常对WMAP探测结果的解释是，宇宙形态并非是冷(或热)点的形状，而是来自功率图谱，故宇宙是偏平的。而且大部分宇宙学家相信，偏平(宇宙)支持他们喜爱的暴涨论。该理论认为，就在宇宙诞生后的一瞬间，宇宙经受过一次超光速膨胀的快速运动。

不过从WMAP卫星探测到的情况来看，似乎对暴涨论不利。当天文学家绘制出数据功率图谱时，他们看到一个问题：功率图谱跟天空中不同尺度区域中的温度变化量相比较，离我们较近的天域，其CMB的温度变化跟暴涨论的预言相吻合；但在大角度的尺度上，其温度变化却跟暴涨论相矛盾。这一差异，迄今还没有一个可接受的解释。或许，是因为宇宙不是偏平的。牛津大学的理论物理学家罗杰 · 彭罗斯(Roger Penrose)说“：这一差异是十分珍贵的。似乎对暴涨模型不利，这可能是宇宙中存在的负曲率所致。”

时间之箭

古扎德扬认为，冷(热)点的拉长，是负曲率宇宙存在的有力证据，负曲率扭曲CMB将远大于偏平宇宙。彭罗斯也同意这一观点，他认为在一个方向上挤压光线，而在另一方向上又伸展它，“若空间几何(形态)是负的，那么可以预期，这些椭圆的拉长，将远远大于正曲率(或偏平空间)之所为。而这正是古扎德扬所愿意看到的。”

纵然许多宇宙学家未放弃偏平宇宙和暴涨论，但也没有指出古扎德扬的椭圆斑点的错误所在，只是难以接受其思想。麻省理工学院的宇宙学家马克思 · 特格马克(Max Tegmark)说，“现在，我们还没有任何令人信服的证据来反对宇宙偏平的理论。”WMAP小组成员、普林斯顿大学的莱曼 · 佩奇(Lyman Page)对负曲率宇宙的观点也感到有些牵强，他说：“虽然我对数据作出的另一种分析表示理解，但因此要对古扎德扬的解释予以认同还为时过早。”

而彭罗斯却为这个结果而振奋，他认为，从CMB获得的教益，远比物理学家现在所认识的多得多。“数据中还存有大量的信息，远比人们通常看到的多得多。迄今，我们只是看到了很小的一部分，古扎德扬虽然只利用了这很小的一部分，但这是一个不同寻常的一小部分。”

椭圆时间

当然，把时间直接跟椭圆(负曲率)联系起来是存有争议的，但目前没有找到其他更好的解释。我们看到的时间流(方向)确实并非是必然的，在相对论、量子论和其他描述宇宙的理论中，时间可以完美地对称；而在有的宇宙学理论中，时间是不流动的，或其流动的方向反之。1999年，纽约克拉克森大学的劳伦斯 · 舒尔曼(Lawrence Schulman)指出，在理论上，宇宙的时间箭头若朝向一个方向，那么必有某些与其共存的区域，其时间流与之相反。

但在我们宇宙中，负曲率阻止了这种情况的发生，由于施加了无序增长的这个普遍性条件，这甚至可能是宇宙中存有生命的一个原因。这是古扎德扬的一种新的人择原理。

当然，若椭圆形宇宙为增长着的宇宙无序提供了一个机制，这仍然未能解释时间箭头的最终起源，它没有解释第一个要素：宇宙为何始于低熵条件。对此，芝加哥大学的物理学家肖恩 · 卡罗尔(Sean Caroll)说“：当然，这需要搀和，但这是一个容易(获得)的部分，难以解释的是初始熵为什么必然是低的。”

这仍然是一个谜，可能只有让“万物论”来解释(物理学家所渴求的)。我们确曾暗示过“，万物论”这个最终的理论可能会解释这个问题。纽约州锡拉丘斯大学的拉斐尔 · 索罗金(Rafael Sorkin)曾提出过“因果流理论”(即把量子论和相对论结合起来)，他说：“伴随着宇宙的演变，随之而来的效应就是因果事件，从而给出了一个时间流的意识。”索罗金等人承认，它并非是一个量子引力理论，不过至少给出了一个单向的时间箭头和一个低熵的开始。

所有试图解释无法控制的时间流的学者们认为，时间箭头是一个跟物理宇宙有关的“真实”现象，而又不能完全肯定。其中的一些人把时间箭头视为量子世界中的奇妙的超物理现象；另一些人则把它视为一个纯哲学现象，是我们意识的人工产物。

古扎德扬相信，时间流是一个宇宙学过程，宇宙时钟的指针是被光子通过负曲率宇宙时的随遇性运动所驱动的。他说“：虽然大部分宇宙学家还不愿意接受这个思想，但这个概念是极具发展前途的。”