時間有向，你不能讓已經破碎的雞蛋重圓
據英國廣播公司(BBC)網站報道，假設有這麼一天，你在家裏感到無聊，你把幾個雞蛋頂在頭上表演起雜耍，但你的表演不太成功，雞蛋打碎糊了你一臉。現在你將不得不去洗下臉再沖個澡，然後換上一身新衣服。
幹嘛不把雞蛋恢復回去，那樣不是更快嗎?打碎一個雞蛋只需要幾秒鐘的時間，那為什麼不把整個過程倒過來做一遍?你只要把蛋黃和蛋清都丟回去，然後把蛋殼重新合上不就好了?那樣一來你就又重新擁有了一張乾淨的臉，乾淨的衣裳，你的頭髮里沒有蛋黃，一切就像沒有發生過一樣。
聽上去覺得很荒唐?但是你說得清哪裏荒唐嗎?為什麼我們不能「破蛋重圓」?
實際上在自然界中並不存在基本的法則阻止我們讓打碎的雞蛋重新復原。事實上，物理學家們認為在我們的日常生活中發生的任何事件都可以在任何時間反向發生。那為何我們卻不能讓破蛋重圓，讓點燃的火柴恢復未點燃狀態，或者讓我們擦傷的膝蓋倒回到沒有擦傷的狀態?既然沒有基本法則禁止，那為何事情卻沒有倒轉發生呢?未來究竟為何會與過去不同?
這個問題聽上去並不複雜，但要想回答它，我們必須回到宇宙誕生的時刻，進入原子的世界，前往物理學研究的最前沿去尋找答案。
伊薩克·牛頓的成就
經典物理學的先驅，英國物理學家伊薩克·牛頓
正如許多與物理學有關的小故事一樣，這個故事同樣要從伊薩克·牛頓說起。在1666年，由於一場黑死病的爆發讓牛頓不得不暫時從就讀的劍橋大學休學離開，並與他的母親一起搬到了林肯郡的鄉下居住。在那裏的生活幾乎與世隔絕，非常枯燥，於是牛頓便讓自己沉浸在了對物理學的研究之中。
在這裏他逐漸發展出了關於運動的三大定律，其中包括那條非常著名的論斷，即每一種作用力都存在一個與之大小相等但方向相反的反作用力。他還設想了引力如何發生作用的一種解釋。
牛頓定律在描述現實世界方面異常成功。它可以解釋為何蘋果會從樹上落向地面，以及為何地球會圍繞太陽運行。但牛頓定律存在一個奇怪的問題：在它的體系下，如果把時間倒轉過來也一樣成立。這也就是說，根據牛頓的理論，如果雞蛋可以被打破，那麼理論上它也可以重圓。
但實際經驗告訴我們這很顯然是錯誤的。但事實是，自從牛頓以來，幾乎所有的物理學理論都存在着同樣的問題——物理學定律似乎根本就不在乎時間是向前流淌還是倒流回去，就像它不在乎你是左撇子還是右撇子一樣。
但我們在乎。根據我們的日常經驗，時間是有前進方向箭頭的，它永遠指向未來。美國加州理工學院物理學家西恩·卡羅爾(Sean Carroll)表示：「你可能會搞混東邊和西邊的方向，但你一定不會搞混昨天和明天。但奇怪的是，基本的物理學定律並不區分過去和未來。」
路德維希·玻爾茲曼的發現
時間為什麼會有方向?第一位認真思考這一問題的人是一名生活在19世紀晚期的奧地利物理學家路德維希·玻爾茲曼(Ludwig Boltzmann)
第一位認真思考這一問題的人是一名生活在19世紀晚期的奧地利物理學家路德維希·玻爾茲曼(Ludwig Boltzmann)。在他生活的年代，許多在今天的我們視為真理的觀點在當時仍然還充滿爭議。尤其是，當時的物理學家們並不相信物質是由一種叫做「原子」的微小粒子組成的。許多物理學家指出，有關原子的理論無法進行檢驗。
但玻爾茲曼堅信原子是真實存在的。於是他開始嘗試基於這樣的認識來解釋生活中得到各種事物，如火焰為何會發光，我們的肺如何工作，以及為何對着一杯茶水吹氣會讓它冷卻地快一些。他認為基於原子的觀點，他可以理解所有這些事物的本質。
有些物理學家對於玻爾茲曼的工作產生了深刻的印象，但大部分物理學家則對此嗤之以鼻。不久之後，玻爾茲曼便因為他不合正統的觀點被物理學界驅逐出去了。
玻爾茲曼因為自己對於熱的本質的研究而深陷漩渦中央。這聽起來似乎與時間的本質並無聯繫，但玻爾茲曼即將證明，這兩者之間是緊密關聯的。
在當時，物理學家們已經發展出一套稱之為熱力學的理論，其主要用於描述熱的行為。比如說，熱力學可以解釋為何冰箱可以在炎熱的夏季將食物保持在冷凍狀態。玻爾茲曼的反對者們認為，熱是不能以其他任何東西來解釋的，因為熱就是熱，而不是別的什麼東西。
玻爾茲曼想要證明那些人都錯了。他認為熱的本質是原子的隨機運動，並且熱力學的所有內容都可以以此為基礎得到解釋。玻爾茲曼的這一觀點在今天看來是完全正確的，然而在當時的環境下，他卻不得不耗費自己的全部餘生去試圖說服其他人相信他的理論。
玻爾茲曼首先嘗試解釋一種聽上去可能有些陌生的概念：熵。根據熱力學定律，世界上的任何物體都有與之相聯繫的一定數量的熵存在，並且這個物體發生的任何變化都會導致它的熵值增加。比如說，如果你把一塊冰塊放進一杯水裏讓它慢慢融化，這個杯子裏的熵值就增加了。
熵值的增加與物理學中的任何其他事情都不同：它只會朝着一個方向發展，也就是熵的增加。但卻沒有人知道熵為何會如此。
玻爾茲曼的墓志銘是他發現的關於熵的數學方程
再一次的，玻爾茲曼的同行們開始宣傳這樣的論調，那就是根本不可能就熵值為何只能增加這一現象給出解釋——它就是這樣的，沒有原因。同樣再一次的，玻爾茲曼無法對這樣的解釋感到滿意，他決定挖掘這個問題背後隱藏的更深層含義。這樣做的結果是我們對於熵的本質理解的一次巨大飛躍——這項發現如此意義非凡，以至於玻爾茲曼將它刻在了自己的墓碑上。
