倒过来看宇宙

物理定律到底有没有时间可逆性？第5章中提到，自然规律具有时间可逆性，这被视作时间非基础性的证据。如果自然规律果真如此，那我们又该怎么解释时间箭头呢？每一个时间箭头代表着一种时间的不对称性，那为什么时间对称的物理定律会带来时间不对称性？

这个问题的答案在于，物理定律作用于初始条件之上。物理定律具有时间反演对称性，但初始条件无须如此。初始条件可以演化出末态条件，而两者的区别非常明显。事实上，在这种情况下，我们宇宙的初始条件似乎被精细地微调过，使它能够产生时间不对称的宇宙。

下面来看一个例子。宇宙的初始条件之一便是宇宙的初始膨胀速率。它的值似乎正好能制造最多的星系和恒星。如果初始膨胀速率更大，宇宙会被快速稀释，星系和恒星将无法形成。如果速率很小，这个宇宙很可能会直接坍缩到黑洞，恒星根本没有机会形成。现在的值对于恒星的大量产生来说非常理想。正是这些恒星，10亿年来一直将大量光子倒入冰冷的空间，使得宇宙远离平衡态。这便解释了热力学时间箭头。

我们同样也可以通过初始条件的时间不对称性来解释电磁波时间箭头。^[8]宇宙一开始时并没有电磁波，后期的物质运动才产生了电磁波。这就解释了，为什么我们环顾四周所见的光图像可以告诉我们宇宙的物质信息。只从电磁学定律出发的话，两者可以无关。电磁学定律允许宇宙初始时就有自由运动的光。也就是说，电磁波由大爆炸直接产生，而不是由后期的物质运动产生。在这样的宇宙中，任何一张承载着物质信息的光图像，都会混入直接产自大爆炸的电磁波。在这样的宇宙中，如果我们用望远镜观察四周，可能看不到恒星或星系，可能只会看到一片随机混沌。又或许，来自大爆炸的光将带给我们一些未来之物的图像。例如，一群在花园里大嚼芦荟的大象。

如果我们在遥远的未来拍摄了一段宇宙的短片，然后将其倒放，就会看到上文所述的宇宙。在那遥远的未来，存在着许多四处漂泊的图像——那些过去之物的图像。如果将宇宙的短片倒放，我们就会看到宇宙充满了这些未来之物的图像。事实上，承载着图像的光终会流入图像所代表的事件。在这样的宇宙中，我们看到的光只能告诉我们未来之物的故事。

上述宇宙并非我们生活的宇宙，但如果上述宇宙也是物理定律的解，我们就有生活在这种宇宙中的可能性。为什么我们只能看到过去发生过或正在发生的事情？为什么看不到将要发生或永远不会发生的事情？想要解释这些问题，我们必须给宇宙加上严格的初始条件。这些初始条件将禁止宇宙初始时携带着图像的电磁波自由地飞来飞去。这是个严重的初始条件不对称性，想要解释电磁波时间箭头，它不可或缺。

引力波时间箭头和黑洞时间箭头的故事也非常相似。如果基础物理定律具有时间对称性，那么时间不对称性的重担便会落在初始条件的选择上。因此要限制，在宇宙初始时，没有自由运动的引力波，没有初始黑洞，没有早期黑洞，也没有白洞。

罗杰·彭罗斯强调了以上观点，并提出了一个名为“外尔曲率假设”（Weyl curvature hypothesis）的原则作为解释。^[9]外尔曲率是个数学量，如果宇宙中没有引力波、黑洞或白洞，其值为零。外尔曲率假设：宇宙初始奇点的外尔曲率为零。彭罗斯指出，我们目前所知的早期宇宙与这一原则相符。这是个时间不对称的条件，因为在宇宙后期，外尔曲率显然不为零。在宇宙后期，宇宙中会有很多引力波和黑洞。因此，彭罗斯认为，想要解释我们所见的宇宙，（时间对称的）广义相对论方程的解必须要接受外尔曲率假设的筛选。

想要解释我们的宇宙，就一定要有时间不对称的初始条件。这大大削弱了那些从自然规律的时间对称性出发，来反对时间真实性的论证。为了不和现实世界失之千里，宇宙的初始条件必然和那些随后演化出来的条件截然不同。此时，初始条件的重要性不容忽略，宇宙的过去也注定不同于宇宙的未来。^[10]

“如何选择初始条件”这一问题承担起了解释时间箭头的重担。可我们知道，初始条件选择的背后并不存在什么理性解释。于是，我们走进了一个死胡同，一堆宇宙的关键问题并没有得到回答。

还有另一种选项，一种更为简单的选项。我们相信我们的定律是某种更深层次定律的近似，或许，更深层次定律本身具备时间不对称性。如果真是这样，又会有什么发生呢？

如果终极理论具有时间不对称性，那么它的大多数解也会具有这一性质。^[11]这样，我们就无须解释，为何我们不会看到自然过程倒放所带来的千奇百怪的图像。之前时间对称的解，不再是终极理论的解。为什么我们只见过去不见未来的谜题也得以解决。宇宙所具有的高度不对称性，可以直接被终极理论的时间不对称性来解释。具有时间不对称性的宇宙不但很有可能产生，而且会不可避免地产生。

这就是彭罗斯提出外尔曲率假设时，我对其想法的揣摩。初始奇点附近的物理和宇宙后期的物理存在区别，这些区别必须体现于一种量子引力理论中。在彭罗斯看来，这一量子引力理论要具有高度的时间不对称性。但是，如果时间是演生的，时间不对称的理论就会显得不自然；如果终极理论中没有时间的概念，我们就无法区分过去和将来。我们的宇宙极有可能不会存在。它仍需要我们去解释。

如果时间是真实的，一个具有时间不对称性的理论就会自然许多。确实，没有什么比一个能区分过去和现在的终极理论更为自然了，因为过去和未来截然不同。在一个形而上学的框架中，如果时间是真实的，如果从过去流往将来的时刻是真实的，那么时间不对称的自然规律支配时间不对称的宇宙，就是一幅完美的场景。因而，从这些方面来思考，我们应该更倾向于时间的真实性。它让我们不做任何解释，就可以扫除一个发生概率极小的事件——我们的宇宙具有很强的时间不对称性，让我们将此算作重新发现时间道路上的又一大步。