阻碍时间倒流的不是物理法则，是熵

物理学家很早就发现了一个非常奇怪的现象，物理定律其实是双向的，它既允许时间向前，也允许时间向后。举个例子，我们在一个封闭的空间中观察电子在时间中移动，当它们相互靠近时，会因为静电斥力而弹开，用牛顿力学定律和库仑定律就可以描述电子在空间中的运动。

问题来了，如果我们把图像倒过来，让时间倒流，用上面的两个定律同样可以精准的计算电子的位置。这就是让科学家迷惑的地方，物理定律根本不关心时间的方向，也就是说，宇宙法则允许时间倒流。时间能够倒流吗？时间倒流对人类有什么意义？

如果时间倒流，在这颗蓝色的星球上，我们应该能够感知两件事。第一，因果倒置，比如说碎了的杯子自动复合，打破的鸡蛋恢复如初，盛开的花朵变成花蕾，水中逆行的鱼，落山的太阳重新升起，人们死而复生。但是到目前为止，还没有发现这种因果倒置的现象。

第二，未来记忆，人类应该拥有未来的记忆，比如说，我将于五年零三个月后结婚，我在40年后生过一场大病，我会死于65年之后。但是这些记忆都没有，我们只有过去的记忆，没有未来的记忆。

在表象上看，时间不可逆转，我们中国人有句老话叫做“开弓没有回头箭”，时间之间是单向的。有科学理论能证明这件事吗？有一位了不起的科学家说，我可以来试试。

今天，在瑞士利马特湖右岸有一座美轮美奂的大学，瑞士苏黎世联邦理工学院，这是欧洲最著名的学府之一，爱因斯坦、冯诺依曼\提出泡利不相容原理的泡利，发现X射线的伦琴，他们都是这所学院的毕业生。

时间要回到1855年，苏黎世理工学院刚刚建校的那一年，学校聘请了一位德国科学家教授热力学，他的名字叫克劳修斯。同一年，就在这优美的利马特湖畔，克劳修斯突然悟出了一条神秘的宇宙法则，熵增原理，世界的无序度在增加。

就好比我们的屋子，为什么屋里的一切总会变得混乱，为什么脏衣服自己不会变干净，为什么冷水不能自己沸腾，为什么所有的混乱不能自动恢复到有序？克劳修斯说，这是由热力学第二定律决定的。他告诉我们，每当能量从一种状态转化到另一种状态时，我们就会得到相应的惩罚。比如说烧木头，木头释放了能量，相应的惩罚就是变成了灰，不可能重新再烧一次了，木头从有序变成了无序，这个过程就是熵增。

有的朋友会说，不对啊，我看到的是大量的有序，城市里高楼林立，街道上车水马龙，饭馆里菜香飘逸，冰箱里充满了吃的。其实并不是这样的，这些有序不是自然产生的，是耗费了大量的能量做了大量的功才产生的。这些有序都是以消耗能源为代价的。地球是一个相对封闭的系统，它终会用光所有的物质。

那个时候，地球上的无序将达到最大化，地球将变成一个死寂的星球。我们最熟悉的邻居月球就是这样一个地方，上面只有无尽的月尘与陨石坑，那里是一个熵含量远远大于地球的地方。

克劳修斯的熵增定律，惊世骇俗，这不但是一个物理学的定律，它其实也是一种哲学上的思辨。这个理论似乎指出了宇宙的终极命运，如果宇宙也是一个封闭的系统，随着时间的流逝，宇宙中的无序程度将达到最大化，宇宙也终会死亡。科学家将这种情景称为热寂。

但是下一个问题立刻就产生了，如果宇宙正处在熵增之中，那说明曾经存在着一个熵为零，即绝对有序的时间点，那个点会是什么呢？我不用说，大家都能猜到，那个点就是宇宙大爆炸。

有很多人说宇宙大爆炸是假的，这个问题其实应该这样回答，宇宙大爆炸是一种理论，至今还没有被证实，但是有很多科学观察和物理实验都支持这个理论。比如说熵增定律，就可以完美地与大爆炸理论结合在一起。到目前为止，宇宙大爆炸仍然是最科学的，最有力的有关宇宙起源的理论。

当然，在克劳修斯的时代还没有宇宙大爆炸的概念，但是克劳修斯的熵增定律第一次科学地解释了时间箭头的问题。熵是有方向的，时间也必然有方向，因为熵只能增加，不会减少，所以时间不能倒流。在克劳修斯的时代，这么讲似乎没有问题，也符合人类对客观世界的观察。但是不久后就有一位科学家提出了异议，他说，熵增定律的解释有漏洞，时间完全可以倒流，只是我们需要换一种视角来看待问题。

时间来到1877年，奥地利物理学家波尔兹曼正在绞尽脑汁地寻找原子。当时几乎所有的德国科学家都认为原子不存在，那个时代也没有精密的仪器可以观测原子。怎样才能证明这件事呢？波尔兹曼灵光一闪，既然无法观察，能不能使用纯数学的方法，用统计学计算出原子存在的概率呢？

但是由于观点太新奇了，一开始并不为许多著名的学者接受。波尔茨曼为此付出了重大的代价，他被很多人攻击和冷落，这也成为他日后自杀的重要原因。这就是著名的波尔兹曼熵公式，人们将这个公式刻在波尔兹曼的墓碑上。他使用统计学的方法重新诠释了热力学第二定律，这个公式改变了我们对宇宙的认知。

简单地介绍一下波尔兹曼熵的含义。假设现在有两个小球，我们把它们放进两个盒子里，无非就是以下四种情况。第一是两个小球都在左边，第二是两个小球一左一右，第三是一左一右的小球调个个，第四是两个小球都在右边。现在我们提问，在左边盒子里找到两个小球的可能性是多少呢？这个心算都行，1/4的可能性就是25%。我们在这个基础上稍微增加一点难度，如果有四个球，左边盒子里存在两个球的可能性是多少？就是二的四次方等于16，可能性是1/16。如果是五个球呢？可能性就降到了1/32。如果是16个球呢？可能性就降到了1/65536。

如果是128个球呢？可能性就是一个巨大的数字了，这个数字念起来不好念。那如果我们有100万个球呢？其中有两个球在左边盒子里的可能性是多少？2的100万次方，这更是一个天文数字了。100万个小球听上去很大，其实，在现实生活中，这个数字小到可以忽略不计。我们喝的每一口水里存在着10的22次方个水分子，吸一口气，大概有6.02乘以十的20次方个氧原子。我们接触到的所有事物都包含着大量的粒子。如果我们把一切都交给大自然，让其自发地演变，结果就是趋于无序，因为无序要比有序容易得多。

波尔兹曼告诉我们，物理法则其实并没有规定一定要有序或者一定要无序，决定有序与无序的是概率。一切都是概率，被孙悟空打倒的人参果树能不能长回来，这种可能性不是没有，只是概率非常非常的低。可能直到宇宙热寂的那一天，我们也无法观测到一次人参果倒转的现象。当然那是一个神话故事，但是吴承恩很有想象力，他设想了一个时间倒流的经典场景。

波尔兹曼的统计熵非常有意义，他告诉我们，时间之间可以回头，只是概率非常的低。但是在70多年以后，另一位科学家说，统计熵对宇宙的认知还是太简单了，时间完全可以倒流。关键点在于我们如何获取信息。

时间来到1948年，信息论之父香农首次提出了信息熵的概念。他给信息做了个定义，信息的本质就是消除事物的不确定性。所以在我们尝试了解新事物时，就像在一个黑盒子的外面，此时的信息熵达到了最大。我们对事物了解得越多，越趋向于认清事物的本质，信息熵就越小。

举个例子，当我们发现事物存在规律的时候，像是字母abc在不断的重复排列，这个信息就可以被压缩表达为25组abc，大家就明白了。但如果是一组随机的，没有任何结构的字符排列就无法压缩了，因为找不到规律，就需要把每一个字符都复制粘贴，然后发送出去。这就占据了更多的比值，所以这些字符的信息熵就远远大于25组abc。顺便说一句，比特这个单位就是香农定义的。

与前两个定律一样，信息熵同样可以解释为什么时间倒流很困难。对于每一个粒子来说，都有一个初始的信息与之相对应。随着时间流逝，粒子越来越无序，我们越来越无法预测它们下一次会出现在哪里。如果想把时间方向倒转过来，就需要拥有巨大的信息量，因为例子太多了，所以这种信息量大到根本无法计算，我们就认为这是无限的信息量，也就是信息熵达到了最大。

可以说，信息熵是一个革命性的理念，有越来越多的科学家认为宇宙的基本属性，除了质量与能量外，还有第三个量就是信息量，而质量与能量终将归于信息量。有的朋友不理解，这怎么可能呢？质量与能量是看得见，摸得着的东西，信息量是一个抽象的东西，信息怎么会是宇宙的本质呢？其实，一切归于信息化的过程已经开始了。

前几年提出的万物互联，就是一切信息化的起步阶段。这几年特别火的人工智能，脑机互联，这些都是万物归信息化的进程。有人会问，地球上有人类，人类是智慧生物，所以可以归信息化，但是宇宙是个冰冷的，无意识的地方，宇宙怎么归信息化呢？

时间来到1972年，著名物理学家史蒂芬·霍金用数学证明了黑洞世界的表面积永远不会减少。随后，物理学家雅各布·贝肯斯坦提出了黑洞熵的概念，黑洞吞噬的物质信息并没有消失，他会将信息保留在黑洞的表面。虽然科学家们已经拍摄了黑洞的照片，但是因为黑洞的距离太遥远，所以我们无法对黑洞的表面进行观察，现阶段我们也无法理解黑洞是如何保存这些信息的。

让我们放开脑洞想一想，假设现在地球被黑洞吞噬了，根据贝肯斯坦的理论，我们在地球上创造的一切都不会消失，而是被黑洞以信息的形式保存下来。换个说法，黑洞的实质也许就是宇宙的超大硬盘。如果这个理论是真的，这将是多么奇妙的一件事情啊。

物理法则告诉我们，时间是有对称性的，也就是说时间可以倒流，但是熵增定律、统计熵与信息熵又告诉我们，想让时间倒流是非常非常困难的。