从19世纪到今天，有一个问题一直困扰着哲学家和物理学家：基于对世界的认识时间有一个方向，我们出生、成长、死亡；蛋壳被打碎、液体被混合、我们的办公室倾向于更为混乱，而不是整齐，等等。对于这种单向行为的定量描述是由热力学第二定律给出的：一个孤立系统的熵会不断增大，而不是减小。然而，在我们最为成功的科学理论中，时间却没有这样的方向。对于任何产生这些效应的运动，都存在另外一个遵循微观物理定律，并且可以产生一个相反效应的运动。换言之，基本的物理学定律是可以时间反演的。尽管在很久以前，路德维希 · 波尔兹曼就对此给出了一个令人满意的解释，但是它仍然常常被误解，甚至还被一些物理学家所误解。大卫 · 阿尔伯特的新书《时间和偶然性》的目的就是用通俗易懂的方式介绍波尔兹曼的想法。

简单来说，波尔兹曼的解释可以表述如下：首先，我们必须区分一个系统的微观态和宏观态。微观态对于物理学家们来说，是相当熟悉的。例如在经典物理学里，它由体系中所有粒子的坐标和速度给出。而宏观态对于所有人来说都是非常熟悉的。它由可观测的量，如密度、速度的平均分布以及类似的宏观变量所构成。容易证明，宏观态的一个确定的值对应着大量的微观态；宏观态在平衡状态时的值定义为对应于数目最多的微观态的值。对于由许多粒子组成的体系，数目最多的态与其他态的差别是很大的。因此，收敛于平衡态的问题是很好解决的。如果一个体系开始于一个对应于非平衡宏观态的微观态，那么它就会朝着对应于宏观平衡态的微观态演化，这是因为这种态比其他的态要多得多。

对于这种解释的反驳也是很多的，甚至在波尔兹曼的时代就有（最著名的反驳是由彭加勒和策默罗提出的），但是这些反驳都是很容易应对的。然而，运动方程的可逆性却会立刻导致新的麻烦：如果物理系统朝着将来的演化是趋于平衡态的，那它们朝着过去的演化为什么没有趋于平衡态呢？

这个难题是阿尔伯特书中所讨论的主题之一，阿尔伯特是美国哥伦比亚大学的哲学家，他对这个难题的解答是基于费因曼在《物理定律的特性》（MIT出版社，1967年出版）一书中所作出的论断。为了解答这个难题，我们必须要做出一个被阿尔伯特称为“过去假设”的假设，并且假定宇宙起源于一个低熵态。即使是当我们试图理解浴缸中的水为何会冷却时，我们也将不得不回到关于宇宙大爆炸的假设上。尽管这很奇怪，但是它的确是正确的。

这个问题是非常微妙的，因为你可以完全否认过去的存在，而把过去的记忆纯粹看成是一种幻觉。当然，这样的观点是非常违背常识的，但是它对于我们理解人类是如何协调我们的感观常识（过去的确是存在的）和物理学理论（特别是热力学第二定律的力学解释）是非常重要的。在该书中，作者详细讨论了上述这种科学与常识之间的协调性。本质上讲，只有假设过去的存在，我们今天所观测到的各种关联性才有意义（例如，我的房子正是位于我出国旅行前所记得的位置）。

阿尔伯特的书不仅适合那些天资聪颖的青少年，而且也很值得科学哲学方面的专家一读。物理教科书中对于统计力学的基础的讨论往往是非常含糊并且令人困惑的，《时间和偶然性》一书则挑战了关于这一问题的传统思考方式，对于促进对这一问题的认识作出了重要的贡献。

[Science，2001年7月13日]

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*本文作者为《时间和偶然性》一书所作的书评，该书由大卫·Z·阿尔伯特所著，由哈佛大学出版社于2001年出版。