จักรวาลอาจมีหนึ่งอดีต (บิ๊กแบง) และสองอนาคต ในนิยายแฟนตาซีของ TH White เรื่องThe Once and Future Kingเมอร์ลินผู้วิเศษต้องทนทุกข์กับสภาพที่หายากและรักษาไม่หาย: เขาประสบกับเวลาย้อนกลับ เขารู้ว่าจะเกิดอะไรขึ้น เขาคร่ำครวญ แต่ไม่รู้ว่าเกิดอะไรขึ้น “ผมต้องถอยหลังจากข้างหน้า ขณะที่รายล้อมไปด้วยผู้คนมากมายที่อยู่ข้างหน้าจากข้างหลัง” เขาอธิบายกับเพื่อนที่สับสนอย่างมีเหตุผล
แม้ว่าเมอร์ลินจะเป็นตัวละครสมมติ แต่การย้อนเวลากลับไม่ควรเป็นเรื่อง เมื่อสังคมมดในนวนิยายของไวท์ประกาศว่า “ทุกสิ่งที่ไม่ห้ามเป็นสิ่งบังคับ” และกฎแห่งฟิสิกส์ไม่ได้ห้ามเวลาให้ถอยหลัง สมการที่กำหนดความเร่งของจรวดหรือโมเมนตัมของลูกบิลเลียดทำงานได้ดีพอๆ กับเวลาที่ไหลย้อนกลับไปข้างหน้า ไม่เหมือน Merlyn เราจำอดีตได้ แต่ไม่ใช่อนาคต เราแก่ขึ้นแต่ไม่เคยอ่อนวัย มีลูกศรบอกเวลาชัดเจนชี้ไปทางเดียว
เป็นเวลาเกือบ 140 ปี
ที่นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามที่จะแยกแยะการย้อนเวลาของเวลาออกไปด้วยวิธีที่ธรรมชาติชอบให้เกิดความวุ่นวาย ปล่อยให้อยู่ตามลำพัง ธรรมชาติเปลี่ยนความเรียบร้อยให้กลายเป็นความยุ่งเหยิง ซึ่งเป็นความก้าวหน้าทางเดียวที่นักฟิสิกส์หลายคนใช้เพื่อกำหนดทิศทางของเวลา แต่ถ้าตอนนี้ธรรมชาติชอบความวุ่นวายก็มีอยู่เสมอ ความท้าทายคือการหาคำตอบว่าเหตุใดเอกภพจึงเริ่มต้นอย่างมีระเบียบ – ทำให้เกิดความวุ่นวายขึ้นและมีเวลาเดินไปข้างหน้า – เมื่อเอกภพยุคแรกควรมีความยุ่งเหยิง แม้จะมีข้อเสนอมากมาย แต่นักฟิสิกส์ก็ยังไม่สามารถเห็นด้วยกับคำอธิบายที่น่าพอใจได้
กระดาษใหม่เสนอวิธีแก้ปัญหา ส่วนผสมลับที่ผู้เขียนกล่าวคือแรงโน้มถ่วง นักวิจัยแสดงให้เห็นว่าจักรวาลที่เป็นระเบียบควรเกิดขึ้นตามธรรมชาติในช่วงเวลาหนึ่งโดยใช้การจำลองอนุภาคที่มีปฏิสัมพันธ์กับแรงโน้มถ่วงอย่างง่าย จากนั้นจักรวาลแตกแขนงไปในทิศทางตรงกันข้าม ภายในแต่ละสาขา เวลาไหลไปสู่ความยุ่งเหยิงที่เพิ่มขึ้น โดยพื้นฐานแล้วจะสร้างสองอนาคตที่มีอดีตร่วมกัน นักฟิสิกส์ Julian Barbour ผู้เขียนร่วมของการ ศึกษา ที่ ตีพิมพ์เมื่อเดือนตุลาคมปีที่แล้วในPhysical Review Lettersกล่าวว่า “เป็นแนวคิดที่ชัดเจนและเรียบง่ายเพียงอย่างเดียวที่ได้รับการเสนอชื่อเพื่ออธิบายพื้นฐานของลูกศรแห่งเวลา
มันอาจจะชัดเจนและเรียบง่าย แต่ก็ยังห่างไกลจากการเป็นแนวคิดเดียวที่พยายามอธิบายความลึกลับของลูกศรแห่งกาลเวลา นักวิทยาศาสตร์หลายคน (และนักปรัชญา) ในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมาได้เสนอแนวคิดในการประนีประนอมกฎธรรมชาติที่ย้อนเวลาได้กับกระแสเวลาที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ บาร์เบอร์และเพื่อนร่วมงานยอมรับว่าปัญหาลูกศรแห่งกาลเวลายังห่างไกลจากความตกลง ไม่มีการรับประกันว่าการจำลองอย่างง่ายของพวกเขาจะรวบรวมความซับซ้อนทั้งหมดของจักรวาลที่เรารู้จัก แต่การศึกษาของพวกเขามีกลไกที่สง่างามผิดปกติในการอธิบายลูกศรของเวลา พร้อมกับความหมายที่ยั่วเย้า การโจมตีปริศนาลูกศรแห่งกาลเวลาตามแนวบาร์เบอร์และเพื่อนร่วมงานแนะนำอาจเปิดเผยว่าจักรวาลเป็นนิรันดร์
ผสมลูกหิน
ไม่มีใครรู้ว่าทำไมเวลาจึงไม่ไหลย้อนกลับ แต่นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่สงสัยว่าคำอธิบายนั้นขึ้นอยู่กับกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ ซึ่งอธิบายถึงความชื่นชอบในความยุ่งเหยิงของธรรมชาติ พิจารณาขวดโหลที่บรรจุลูกหินที่มีหมายเลข 100 ลูก โดย 50 ลูกเป็นสีแดงและสีน้ำเงิน 50 ลูก คนที่มีเวลาว่างมากเกินไปจึงถ่ายรูปการจัดเรียงหินอ่อนทุกอย่างที่เป็นไปได้ (ใช่ อาจใช้เวลานานกว่าชีวิตมนุษย์มาก) และสร้างภาพตัดปะขนาดยักษ์ แม้ว่าภาพถ่ายทุกภาพจะแสดงให้เห็นการจัดเรียงของลูกหินที่มีตัวเลขต่างกัน แต่ภาพส่วนใหญ่จะดูคล้ายกันมาก นั่นคือสีแดงและสีน้ำเงินที่ปะปนกัน ภาพถ่ายน้อยมากที่จะมีหินอ่อนสีแดงทั้งหมดอยู่ที่ด้านหนึ่งของโถและสีน้ำเงินทั้งหมดอยู่อีกด้านหนึ่ง ภาพถ่ายที่สุ่มเลือกมีแนวโน้มที่จะแสดงสภาวะที่ไม่เป็นระเบียบมากกว่าลำดับ
นักฟิสิกส์ในศตวรรษที่ 19 ตระหนักดีถึงความโน้มเอียงที่จะเกิดความวุ่นวายโดยการคิดถึงการไหลของความร้อนในเครื่องยนต์ไอน้ำ เมื่อภาชนะบรรจุก๊าซสองถังสัมผัสกัน โมเลกุลที่เคลื่อนที่เร็วกว่าของภาชนะที่มีอุณหภูมิสูง (คิดว่าเป็นลูกหินสีน้ำเงิน) มักจะผสมกับโมเลกุลที่ช้ากว่า (ลูกหินสีแดง) ของภาชนะที่เย็นกว่า ในที่สุดเนื้อหาที่รวมกันของภาชนะบรรจุจะตกลงที่อุณหภูมิสมดุลเนื่องจากสภาวะผสมร้อนและเย็นที่ไม่เป็นระเบียบเป็นไปได้มากที่สุด
ในช่วงกลางศตวรรษที่ 19 นักฟิสิกส์ได้แนะนำแนวคิดเรื่องเอนโทรปีเพื่อหาปริมาณความผิดปกติของระบบเปลี่ยนความร้อน นักฟิสิกส์ชาวออสเตรีย ลุดวิก โบลซ์มันน์ ได้เพิ่มความคมชัดให้คำจำกัดความโดยเชื่อมโยงเอนโทรปีกับจำนวนวิธีที่เราสามารถจัดเรียงส่วนประกอบด้วยกล้องจุลทรรศน์เพื่อสร้างสถานะมหภาคที่แยกไม่ออก ตัวอย่างเช่น โถที่มีลูกหินสีแดงและสีน้ำเงินแยกกัน มีเอนโทรปีต่ำ เนื่องจากการจัดเรียงลูกหินที่มีตัวเลขเพียงไม่กี่ชุดเท่านั้นที่สามารถผลิตลวดลายสีนั้นได้ ในทำนองเดียวกัน มีโมเลกุลที่เร็วและเฉื่อยหลายตัวรวมกันที่จะผลิตก๊าซที่อุณหภูมิสมดุล ซึ่งเป็นเอนโทรปีสูงสุดที่เป็นไปได้ ความจริงที่ว่ามีหลายวิธีในการบรรลุเอนโทรปีสูงมากกว่าต่ำนั้นเป็นรากฐานสำหรับกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์: เอนโทรปีของระบบปิดมีแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้นจนกว่าจะถึงสมดุล
กฎข้อที่สองอธิบายว่าเหตุใดครีมจึงผสมลงในกาแฟได้ง่ายแต่ไม่สามารถแยกออกได้ และทำไม Humpty Dumpty จึงไม่ประกอบขึ้นใหม่เองตามธรรมชาติหลังจากที่เขาล้มลงอย่างเป็นเวรเป็นกรรม กฎข้อที่สองยังกำหนดลูกศรทางอุณหพลศาสตร์ของเวลาด้วย การขับเคลื่อนไปสู่เอนโทรปีสูงสุดเป็นกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ในจักรวาลที่ควบคุมโดยกฎทางกายภาพที่ย้อนเวลาได้ กฎข้อที่สองแนะนำว่าเวลาไหลจากอดีตสู่ปัจจุบันสู่อนาคต เพราะจักรวาลกำลังก้าวหน้าจากสถานะเอนโทรปีต่ำที่ได้รับคำสั่งเป็นสถานะเอนโทรปีสูงที่ไม่เป็นระเบียบ
