时间在直观上是明显的，但在逻辑上很难确定。它犹如奔腾的江河，川流不息，一往无前，但又像相对论所描述的那样玄妙不可思议。
时间的这种奇怪特性驱使古往今来的许多人对它作出了种种推断和猜测，在差不多每一个时代，哲学家和自然科学家都曾反复思考过它谜一般的性质。宗教信仰和科学态度坚定的两种人，都曾力图解释时间究竟是什么，以及它走向何方。
人们思索的重点集中在这样3个基本问题上：时间的本质是什么，时间的箭头指向何方，它有无开头和终结？
在这些问题中，有的已经为人们所了解，有的至今还没有令人满意的答案。也许根本不存在这样的答案。但是，这类问题的提出，以及对于它们的答案的探求，却不是没有意义的，它可以使我们有机会更多地揭示时间和人类所生存的宇宙的特点。
时间不会倒流的证明
我们都熟悉“光阴似箭”、“时不待我”这样的语句。它似乎意味着时间以一定的速度在流驰。我们也常有这样感受，一天“匆匆地过去了”。然而细究起来，这种概念又没有什么实际意义，因为时间究竟怎样流动，它流动的速度有多快，是多少分之一秒吗？
运动和行进要求有某种固定的时间框架来测量它们的进程。对于通过空间的运动来说，我们以时间作框架，但是，说到通过时间的运动，我们该用什么作框架呢？
我们仅知道，自然界中宏观运动过程(大尺度范围内的运动过程)都是单向的，人们不可能在电视台未发播节目之前收看到它的图像。
在日常生活中，我们看到的大多数过程也是单向的，人由少及老，房屋从新到旧。山岳被分化侵蚀，恒星慢慢耗散能源，宇宙不断膨胀……我们从未见过相反的过程，譬如说，房屋自动聚拢，河水倒上山。
这些事实表明，不论在地球上还是在空间规模上，宇宙中都存在着一个时间方向：它单向向前，永不倒流。
但是在古代，人们曾经幻想过时间倒流。他们祈望有一种灵丹妙药，人吃了以后可以长生不老，甚至返老还童。这在我国古代神话传说中是屡见不鲜的。外国文学作品中也有类似描述。
然而常识告诉我们，时间不会倒转！要时间倒转如同让时间停滞不动一样，都是幻想。
水壶里的水沸腾了，这只能是在我们把它放到火炉上加热之后，决不会是在此之前。苹果成熟只能在果树开花之后。人都将随时间推移而变老，越活越年轻的事是没有的。这些都是老幼皆知的常识。
但是，常识往往并非全是真理。你怎样证明这种常识是可靠的呢？
证据是有的，热量转换就是一例。
如果我们把一块冰放到一杯水里，冰块将吸收水和杯子的热量而溶解，水和杯子由于给出了它们的一部分热量而变冷。假如我们把这一过程拍成电影，并按相反方向重新放出，我们将会看到，当一部分水变热时，另二部分水就结成冰。这意味着，热量只能从较热的物体向较冷物体流动，不会倒转过来。
大约在1个多世纪以前，物理学家克劳修斯就把这类现象总结成为热力学第二定律。它说明能量特别是热能的流动总是沿着一个方向进行的。能量可以被储存起来，但它有耗散趋势。热力学第二定律处理的是物理学中最基本的概念之一熵。虽然克劳修斯本人没有把熵的原理应用于时间，但后来的许多物理学家这样做了。他们发现，热能流动和时间流动是同时发生的，从而证明了时间箭头的单向性。
然而，时间为什么只能单向流动？
有些物理学家认为，时间的单向性是破坏次序的一种趋势，宇宙每天都在稍稍变得更加无序。
上一个世纪末，奥地利物理学家玻尔兹曼用简单的实验研究了无序性演变过程。该实验只需要3只大口瓶子，40张有数字的纸牌和40个标有数码的小球。
实验开始时，所有纸牌都放在第——只瓶子里，所有小球都放在第二只瓶子里，第三只瓶子是空的。随意从第一只瓶子里抽出一张纸牌，并把与它数字相同的小球从第二只瓶子转移到第三只瓶子里，然后把纸牌放回第一只瓶子。重复做下去。每一次，要么是小球从第二只瓶子转移到第三只瓶子里，要么是反过来，小球由第三只瓶子转移到第二只瓶子里。大概经过25次以后，两个瓶子里的小球数就近于相等。玻尔兹曼指出，只要抽出纸牌是随机的，有序必然会让位于无序。他由此认为他解开了时间单向性之谜。
但是我们知道，所谓有序——无序趋势并不是一条严格的定律，它只是一个概率和统计学问题。问题的要害不在于有序无序过程本身，而在于一开始是怎样达到有序状态的。为什么宇宙的趋势是从有序变为无序，而物质和能量却有很高的有序性？
玻尔兹曼对此作了多少有点俏皮地回答。他说，之所以有现在这种有序排列，是因为宇宙中发生过一次罕见的巨大波动，使它摆脱了极有可能的混乱状态——这纯粹是一种运气！
玻尔兹曼把自己的结论归功于“机遇”，这就等于宣布他并没有解开时间单向性之谜。
时间在宏观上的单向流动(亦称不可逆性)是人类已经观察到的事实。如何解释这种现象，到目前为止还没有结论。人们可以而且应该利用扩大了的视界和最新科学成果继续研究它，这是合理的。但近几十年来，有些人又从广义相对论时空弯曲这一特定条件下的物理现象出发，引出时间可以循环的结论来。这无异于说时间能够倒流！他们认为，时空弯曲理论蕴育着一种新的可能性，时间这条线将会闭合成圆或其他某种更为复杂的曲线。这样，时间便能沿这条闭合曲线流动，今天可以流向明天，也可以倒回到昨天。他们说，只要宇宙的形状受到某种约束，譬如说不断地给自己“旋紧发条”，它就有可能回复过去的状态，一切单向过程就能逆转，时间也就可以倒流。
那么宇宙将以什么方式不断给自己“旋紧发条”呢？只有靠上帝和神灵1这样一来，时间循环论者就又回到中世纪神创论哲学观点上去了。
时间与运动的亚里士多德悖论
世界上第一个试图从物理学角度确定时间和运动关系的人，大概是古希腊的思想家亚里士多德。
亚里士多德生活在公元前4世纪，相当于我国的战国时代。他写过一本名叫《形而上学》的书。在这本书中，他宣布：“只有当我们已经把握住运动时，我们才能领悟到时间。”但是他又加了一句：“我们不仅用时间来测量运动，也用运动来测量时间，因为它们是相互定义的。”
如果说，亚里士多德接近正确地描述了时间和运动的部分关系的话，那么在解释运动的性质和成因时，他的看法就成为悖论了。
亚里士多德从自然界中表面“事实”出发，认为任何运动物体都具有趋向静止的自然趋势。一块抛起的石头会很快由滚动而变为静止，马不拉车，车就停下不动。亚里士多德由此引出了自己的理论：运动速度直接正比于产生运动的力。一架由两匹马拉的车，“自然”要比由一匹马拉的车快两倍；一块10千克重的石头落下时的速度，“自然”要比5千克重的石头落下时的速度快两倍。
这就是亚里士多德关于运动性质的描述。
然而，运动是怎样产生的？亚里士多德认为，自然界中没有任何东西能自己运动，一个物体的运动必须有另一物体来推动它。他说：“假使一个运动由于另一个物体所推动，后者的运动势必还由其他一个运动所推动。如果无限地推论下去，是不可能得出结果的。每一个运动的最初运动必须归因于一个在天上运动的神灵之体。”
这样，亚里士多德就第一个把神灵作为不由他物所推动的第一推动者而引进了物理学，从而也把神灵的作用赋予了时间，因为时间和运动“是相互定义的”。
在中世纪宗教神学崩溃以后，亚里士多德关于运动、时间以及其他许多问题的错误观点，仍然统治科学界达几百年之久。
大约到13世纪以后，科学家才比较准确地定义了什么是速度。他们说，一个物体的运动指它在空间中位置的简单变化，速度就是在给定的时间里，物体位置变化了多少。直到今天，我们仍然沿用这种方式来表示速度，即每秒多少米或每小时多少千米。
但是，真正打破亚里士多德悖论的还是伽利略。
我们在本书中不止一次地提到伽利略。他是一位伟大的天文学家，第二个发明了望远镜，扩大了人们的视界，同时他也是一位著名的物理学家。有关他的坎坷一生的记载已被拍成电影搬上银幕，同千百万观众见面。
伽利略尖锐地指出：“物体愈重，下落愈快”这一论断在逻辑上是矛盾的。如果一个重物和一个轻物同时下落，时间分别为t1和t2，而把这两个物体捆在一起，它们下落的时间该是多少？按照亚里士多德的看法，将会有两种答案：
(1)重物带动轻物落得快，轻物影响重物落得慢，因而t1＜t＜t2；
(2)两物体捆在一起，必重于单个物体，其下落时间必然是t＜t1＜t2.
这两个结果相互矛盾。因此，伽利略认为亚里士多德的论断不能成立。
据传，伽利略当时还在比萨斜塔上作过落体实验，以证明亚里士多德理论的错误。不管这个故事是否真实(科学史家们对此一直持有异议)，重要的是，这个天才的意大利人真正测定了运动物体的时间。他在不同长度的斜面上滚下金属小球，同时把漏刻滴下的水收集在杯子里，称出这些水的重量，从而测定了小球从不同斜面滚下时所经历的时间。
伽利略根据这些实验进一步指出，单有速度——位置随时间的变化——不足以定义运动，还必须考虑速度随时间的变化，这就是加速度。
在这里，伽利略只是提出了问题，但没有做出理论上的发现。加速度概念的建立是后来由牛顿完成的。
牛顿的“绝对时间”观念
牛顿比伽利略又前进了一步。牛顿认为，同亚里士多德的“理论”恰恰相反，如果没有什么别的东西阻止，运动着的物体决不会静止。下落的石头所以会落到地面不动，是因为受到地球的阻止；马车所以停下不走，是由于车轮同路面之间有摩擦力。在一条光滑水平的路面上，具有无摩擦轴承的马车，将会一直滚动下去。因此，牛顿指出，力对于物体的作用，只是使它的运动速度随时间发生变化。这个变化的量称为加速度，它正比于作用力的大小。这就是牛顿运动学第二定律。用熟知的公式表示就是：
F=ma这里F为作用力，m和a分别为受力物体的质量和加速度。
牛顿的运动定律，连同他在1684年导出的万有引力定律，奠定了经典物理学的基础，对当时和后来的自然科学的发展都有很大影响，直到今天仍被广泛应用，继续发挥着巨大作用。
但是，应该看到，牛顿定律是以这样的概念为基础的：用以测量运动的时间是一种均匀流逝的“绝对时间”。
什么叫绝对时间？牛顿在其1687年发表的《自然哲学的数学原理》一书中给出了如下定义：
“绝对的、真实的数学时间，就其自身及其本质而言，是永远均匀流动的，它不依赖于任何外界事物。”
牛顿的这种观点歪曲了时间与运动的关系，在他自己的理论系统内也是自相矛盾的。因为他已经承认运动不是绝对的。既然如此，你怎么测量或觉察出绝对时间呢？
牛顿争辩说他能够做到这一点。他说他能借助于其他形式的运动来证明绝对时间的存在，这就是旋转运动。他认为，旋转运动是绝对的。牛顿当初举了这样一个例子：如果把一只水桶吊在卷曲的绳索上，使它向绳索解开的方向旋转，水面会沿水桶边缘上升，并形成凹形。旋转越快，水面上升越高。这就是有名的“水桶实验”。牛顿说，水面的这种升高就是一种绝对运动，它在原理上就证明了绝对时间的存在，并为测量绝对时间提供了方法。
牛顿的辩解显然是站不住脚的。因为水桶是在空间中旋转的，它必然是相对于宇宙中某个其他物体而言的，因而也就不是绝对的。但是牛顿又说，“如果在真空中旋转；它仍将给出同样结果。”然而牛顿在生前没有、后来的物理学家也没有拿出任何实验证据，证明水桶在宇宙中的旋转是绝对的。事实上，这种证据是永远也找不到的！
尽管如此，牛顿仍然坚持自己的观点。他认为，从原则上讲，应该有一种理想的时间尺度——绝对时间，它能够独立存在而与任何特定事件和过程无关。
牛顿的这种观点遭到了与他同时代的数学家莱布尼兹的反对。莱布尼兹认为，同时间相比，事件要更为基本，那种认为没有事件时间也会存在的观点是荒谬的。在他看来，时间是从事件引出来的，所有同时性事件构成了宇宙的一个阶段，而这些阶段就像昨天、今天和明天一样一个紧接着一个。莱布尼兹的这种相对时间的理论，在今天看来似乎比牛顿理论更能为人接受，因为它更符合现代物理学的发展。
但是，牛顿的观点在18世纪和19世纪仍然居于统治地位。因为它得到教会的支持。牛顿本人在给教会的一封信中就这样说过：“用这些原理也许能使深思熟虑的人们相信上帝的存在。”因此，牛顿的绝对时间理论在当时被讴歌成整个宇宙的绝对真理。直至本世纪初，人们还普遍认为存在着一个独一无二的、普遍适用的、不依赖于任何其他事物的时间体系。正因为这样，当爱因斯坦在1905年发现了时间理论中一个从未有人怀疑过的漏洞，从而推翻了这些假说以及基于这些假说的整个时间哲学时，物理学经受了一场地震。
这个漏洞就是狭义相对论揭示的时间的相对性理论。
时间的相对性
还在学生时代，爱因斯坦就在思考这样一个令人困惑的问题：假如他以光的速度穿过以太旅行，他将看到一些什么呢？按照运动的相对性原理，这时光束应该相当于静止空间中振荡的电磁场，但这种观点同麦克斯韦理论不符。于是爱因斯坦开始猜想，力学定律以及包括光的传播在内的其他物理学定律，对于以不同速度运动的观测者必然具有相同的形式。他认为，相对性原理不仅能应用于力学现象，而且同样也能应用于光学和电磁学现象。光速不但对于相对静止的观测者是相同的，对于那些处于相对匀速运动中的观测者也是相同的。迈克耳逊-莫雷实验的零结果是“正确的”，因为：第一，不存在以太；第二，光速不变。
爱因斯坦接着便以这两条结论为前提，推广了伽利略的相对性原理，建立了自己的、更加普遍的新理论——狭义相对论。所谓“狭义”，指它仅限于匀速运动的场合。
狭义相对论指出，不管是力学现象，还是光学和电磁学现象，它们所遵循的规律都与惯性系的运动状态无关。
这样，爱因斯坦就完满地解决了麦克斯韦的电磁波理论和建立在牛顿力学定律基础上的物理学其他部分之间的矛盾，从而开创了物理学的一个新时代。
狭义相对论发表于1905年，论文的题目叫“论动体的电动力学”。从这篇文章我们看到，爱因斯坦是通过分析时间概念来解决问题的，也是在“同时性的相对性”这个问题上取得突破的。他醒悟到时间的可疑，认为时间不能绝对定义，并且指出，对于肘间的测量决定于人们对“同时性”的认识。也就是说，对时间间隔的测量必然涉及对同时性的判断，即一个事件和另一个事件在时间上的吻合。他在“论动体的电动力学”一文中对这一点有一段精彩的表述：
“如果我们要描述一个质点的运动，我们就以时间的函数来给出它的坐标值。现在我们必须记住，这样的数学描述，只有在我们十分清楚地懂得‘时间’在这里指的是什么之后才有物理意义。我们应当考虑到：凡是时间在里面起作用的我们的一切判断，总是关于同时的事件的判断。比如我说，‘那列火车7点钟到达这里’，这大概是说：‘我的表的短针指到7同火车的到达是同时的事件。’”
可能有人认为，用“我的表的短针的位置”来代替“时间”，也许就有可能克服由于定义“时间”而带来的一切困难。事实上，如果问题只是在于为这只表所在的地点来定义一种时间，那么这样一种定义就已经足够了。但是，如果问题是要把发生在不同地点的一系列事件在时间上联系起来，或者说——其结果依然一样——要定出那些在远离这只表的地点所发生的事件的时间，那么这样的定义就不够了。
爱因斯坦认识到，时间与信号速度之间有不可分的联系，不同距离处的两事件的同时性，与事件的相对位置以及观测者借以感知它们的联系方式有关。如果事件的距离和把它与观测者联系起来的信号的速度是已知的，观测者便可计算出该事件发生的时间，并把它和自己先前经历过的某一时刻对应起来。这种计算对于不同的观测者是不同的。但是，在爱因斯坦提出这个问题以前，人们却一直信守这样一个原则：事件被感知的时间只取决于它发生的时间，它对于所有的观测者都是一样的。爱因斯坦指出，上述原则基于这样一个前提，即如果所有观测者的计算都正确无误，他们对于同一给定事件应该得到相同的时间。然而，爱因斯坦令人信服地证明，这一前提一般并不成立。他发现，处于匀速相对运动中的不同观测者，对于同一事件一般总会测出不同的时间。如果两只时钟相互之间处于匀速相对运动之中，则它们将保持不同的时间，你无法说哪个钟是“准”的。运动的时钟总比相对静止的时钟要变慢。对于我们日常遇到的运动速度，这一效应可以忽略，但当时钟运动的速度愈接近光速，时钟变慢的效应就愈益显著。
为了进一步说明这个问题，让我们来做一个“思想实验”。这是不必在实验室进行，而只是通过头脑去想象的“实验”，它也是科学实验的一种形式，并且颇得物理学家们的宠爱。事实上，就连中学生在做物理课习题时也常常用到它。
这个实验是这样的：
假定在首都机场的卫星楼里有两只质量相同的时钟A和B，经过校准同步后，让A钟留在卫星楼里，而把B钟装上飞机。当飞机由北京飞经上海再返回首都机场时，把钟B和钟A相比较，这时它们的指针所指示的时间会相同吗？
有些读者可能会脱口而出：相同。但事实并非如此。如果这两个时钟足够精密的话，我们将会发现钟B要比钟A慢一些。
这就是爱因斯坦相对论所预言的“时钟矛盾”。这里所说的矛盾，不是逻辑意义上的矛盾，而是指与常识相反的考虑方法，即所谓“佯谬”。
按照狭义相对论，两只同步了的时钟，其中一只以速度V沿十条闭合曲线运动，经历一秒后回到原处，那么它比那只始终未动的钟要慢12(V／c)2，此处c为光速。由此可以推出：对于同一经历过程，飞机上钟B测定的时间间隔为△τ，卫星楼里不动的钟4测得的为△t，于是
因为任何物体(这里是飞机)的运动速度不会超过光速，√1-(V／c)2的值始终小于1，所以相对于A钟来说，钟B变慢了。钟A走过1秒时，钟B只经过1-（v/C）2秒。
通常情况下，V／c值远远小于1，1-（v/C）2近似等于1，时钟变慢的程度微乎其微。但是，如果我们能够发射一个宇宙飞船，使它相对于地球以光速的0.98倍的速度飞行，在地面上的人看来，飞船内时钟走速将只有地面上时钟走速的1／5.在这种情况下，假如我们让25岁和28岁的亲兄弟中的哥哥乘飞船作5年飞行，那么当他回到地面上时，弟弟将会发现他比哥哥大了1岁。因为这5年是指地面上的5年，弟弟的年龄已经30岁了。可是在这段时间里，飞船内的时钟只走过1年，哥哥只长了1岁，只有29岁。有些物理书上又把这种现象称为“双生儿佯谬”。
相对论预言的这种奇妙现象，长期以来一直是物理学家热烈讨论的话题。可是，一直到原子钟问世之后，才有可能对它作出肯定性的实验验证。
1971年，美国海军天文台把4台铯原子钟装上飞机从华盛顿出发，分别向东和向西作环球飞行。结果发现，向东飞行的铯钟与停放在该天文台的铯钟之间读数相差刃毫微秒；向西飞行时，这一差值为273微秒。虽然在这次试验中没有扣除地球引力所造成的影响，但测量结果表明，“双生儿佯谬”是确实存在的。
赤道上的时钟走得慢
爱因斯坦是一位伟大的物理学家，他的许多预言陆续得到了实验证实。但是，是不是他的每一个预言都正确呢？回答是否定的。
爱因斯坦在他的相对论第一篇论文《论动体的电动力学》中推断：在赤道上的时钟与放在地球两极的质量完全相同的时钟相比，在别的条件都相同的情况下，要走得慢一些。换句话说，在地球表面不同纬度处时钟走速是不同的。在赤道上，地球自转速度v=0.46米／秒，V2/c2≈1.8×10-12；而在两极，v=0.在一天当中，赤道钟将比两极钟大约慢102毫微秒。
显然，爱因斯坦在这里只考虑到时间的速度方面，而没有把引力效应同时考虑进去。我们知道，虽然在不同纬度处地球表面的线速度不相同，愈远离赤道时线速度愈小，两极处为零，但地球是椭球体，两极比赤道更接近地心，因而两极处的引力势比赤道处的大。这两种因素对于钟速的影响相互抵消，综合效果恰好为零。
为了验证这一结论，艾利等人又在1977年6月利用C-144型远程运输机，在华盛顿(纬度为北纬38049′)与格陵兰的一个空军基地(纬度为北纬76032′)之间进行了飞行钟试验。测得飞行钟与地面钟相差38毫微秒，这与理论计算值(35毫微秒)相符合，从而证明钟速与纬度无关。这说明爱因斯坦当时的推断是错误的，赤道上的时钟不会比两极处的时钟走得慢。
有人还曾提出，在一年中的某一时刻，例如夏至，由于地球自转轴的倾斜，北极比南极更靠近太阳。这样，在太阳引力势内应用相对论原理，北半球的时钟是否会比南半球的快一些呢？
数学证明是否定的。为了验证数学证明的正确性，C-144飞机又于1977年7月在华盛顿和新西兰的克里斯特奇之间进行了两次飞行，实测结果同样表明钟速与它所在处的纬度无关。
由此可见，任何一个伟大的科学家，在他们创立新科学理论的时候，不可避免地会受到当时技术条件的限制。后来的探索者有责任根据自己的实践对这些理论加以检验，或扬弃、或继承、或修正，切不可迷信。
逐渐减慢的引力时钟
自然界中有4种基本力在起作用。它们是：引力、电磁力、核力和在原子衰变时出现的弱作用力。
引力是牛顿发现的，但打开引力秘密大门的却是爱因斯坦。爱因斯坦在广义相对论中指出：在宇宙中充满着引力波，它是在物体周围产生的空间弯曲取波动形式以光速传播的一种现象。这是一个颇为深奥的问题，自提出以来虽然过去了半个多世纪，但仍然吸引着许多物理学家的兴趣。1938年，英国物理学家狄拉克，以及美国物理学家迪克在对爱因斯坦的引力理论作了若干修改以后，先后提出了引力减弱的假说。根据这个假说，引力常数G正在缓慢减小，相对于电常数，大约每年减小1×10-11.
引力真的在减弱吗？
这又是一个需要实验才能回答的问题。原子钟出现以后，有人提出用原子钟和“引力时钟”对比，可以直接测定引力的这种减小。
原子钟利用原子内电子震动来代替一般时钟的摆。决定电子振动周期大小的作用力是该原子内电子与原子核之间的电磁力。电磁力是恒定的，因此原子钟的速率不会变化。
所谓引力时钟就是人造卫星。引力时钟的速率可以根据人造卫星绕地球一圈的周期计算出来。当引力减弱时，这个周期就会增大，这就表明引力时钟的速率变慢了。如果引力真的随时间的增加而逐渐减弱的话，引力时钟也将随之逐渐减慢。将原子钟和引力时钟的速率在几年当中进行持续对比，原则上就可以验证引力减弱的假说是否正确。
当然，这还只是一种设想。随着原子钟质量的不断提高，以及对于人造卫星运动规律的深入了解，我们相信作出这类验证的日子不久就会到来。
时间有无开头和终结
时间的开头和终结是什么意思？宇宙是无限的还是有限的？你所说的宇宙又指什么？这些问题解决了，第三个问题的答案也就清楚了。
时间是物质运动和变化的一种形式。问时间有无开头和终结，相当于问物质的运动和变化有无开头和终结。事实上，许多世纪以来，这个问题一直强烈地吸引着人们，从奥古斯汀到康德，他们都曾有过论述。到了近代，随着数学、物理学和天文学的发展，这些问题又被某些自然科学家赋予了新的可说是稀奇古怪的形式。为方便起见，让我们先从“时间的终结”谈起。
在很久以前，自信解开了时间单向性之谜的玻尔兹曼又从热力学原理出发，把宇宙的终结(因而也就是时间的终结)设想成为整个宇宙达到最大熵的阶段。他推想，在将来某个不确定的时候，宇宙间将没有什么东西会比另外一些东西更冷或者更热，最慢的放射性元素都将衰变为稳定元素，恒星会辐射完它们的能量；使严寒的星际空间一部分一部分地变暖起来。地球及其姐妹星——月球的旋转会由于宇宙尘埃的摩擦而减慢，最终将脱离其轨道而掉向太阳，人类本身也便随之毁灭。在“烧尽”了的宇宙之中便不再有赖以观测和测量时间的物质运动。在这个时候，时间将达到终结，这就是所谓的“热寂说”。
那么，“这个时候”究竟在什么时候到来呢？
玻尔兹曼本人没有给出具体期限。后来，支持他的学术观点的物理学家计算了铅”的衰变周期，得到“时间终结”到来的大概日期是：1.4×120年。他们说；铅204的半衰期是1.4×1017年，如果这个数字是正确的，假定它又是经过1000次这样衰变后成为稳定元素，那么就有1.4×1017×1000=1.4×1020年。
这是以铅在衰变中不转变为其他物质为前提推出的结论。这当然是一种非同寻常的主张。非同寻常的主张必须要有非同寻常的证据，否则难以令人置信。可惜，这些物理学家拿不出任何证据能证明铅不会转变成其他物质。因此，如其说这种计算是科学，倒不如说是一种想入非非。
到了20世纪，由于天文观测技术的进步，高能天体物理学蓬勃发展，人们对于“宇宙中的神秘岛”——黑洞有了较多的了解。于是，有些宇宙学家便由黑洞的研究成果，重新提出时间终结问题。他们说，时间的终结在于黑洞之中！
现在说到黑洞，也许大家不再觉得它新鲜了。这不是说它的问题已经完全解决，恰恰相反，关于黑洞的问题愈来愈多，旧的固然未能完全解决，新的问题亦有待科学家深入研究。总的来说，黑洞的研究目前仍处于开始阶段。
黑洞在宇宙中，就好像地球上传闻已久的百慕大三角地带，在一般人的心目中是神秘、可怕的。从一些简短报导中，我们知道它是宇宙中体积很小的特殊天体，是由一些质量很大的天体演化而成的。它拥有一个封闭的视界(或称疆界)，不停地吞噬它周围的物质，就连光辐射也难幸免，但视界以内的任何物质却跑不到外面去。科学家们推测说，一个巨大星球枯竭、坍缩时，表面重力增加，周围时空剧烈畸变，最后沦为一点，即所谓“宇宙奇点”——黑洞。时间同其他物质一样，也有一个奇点，达到这个奇点便告终结。这个奇点不是别的，正是黑洞。黑洞代表着时间的终结或时间的疆界。越过这条疆界，我们这个宇宙的时间概念便不能应用。
如果时间有终结，那么人们自然要问它有起点吗？起点又在哪里？
科学家们的简单回答是：有，这就是宇宙大爆炸。
这些科学家认为，我们的宇宙目前处于膨胀阶段。膨胀达到极大值以后，它会发生爆炸，并在宇宙奇点上陷于毁灭，剩下来的仅是一些看不见的黑洞。将剧情倒序，时间的开端就是一场巨大的爆炸——宇宙大爆炸。他们说，大爆炸并不是一次在空洞中发生的爆破，而是时间、空间和所有物质都赖以存身的一种真正的“开天辟地”，也就是时间的源流。
大爆炸已被推断为宇宙扩张的初始动力。不少科学家喜欢这一理论，认为它较好地解释了关于宇宙中物质变化和结构的许多已知事实。
但是，这里存在着一个所谓孩提式的问题。
有个小孩天真地问一位神父：“你说是上帝创造了世界，那么谁创造了上帝呢？”
今天，同样有许多科学家，他们并非天真而是严肃地问：“谁创造了大爆炸？大爆炸之前又是什么样子？”
对于这些问题的回答，或许可以为我们提供一幅更加壮丽的宇宙演化图像。
时间的最初三分钟
继续追溯下去，在宇宙诞生的最初几分钟里是怎样的景象？
这是天文学家和物理学家们多年来热烈争论的问题。诺贝尔奖金获得者史蒂文·温伯格为此写过厚厚的一本书——《最初三分钟》，详细描述了大爆炸之后仅仅180秒之内的有趣景象。
拿1秒和宇宙150亿年历史相比，犹如拿一只蚊子同银河系的直径去比大小！
1秒，稍纵即逝。科学家如何能够重现150亿年前那一短暂时刻所发生的种种现象呢？他们所依据的仍旧是“现在”。
现在是通晓过去的钥匙。可以预言未来的定律同样也应该能够重现过去。
科学家们凭借现代有关宇宙物质的物理定律，不仅揭示了宇宙生命还不到1秒时所发生的一切，而且令人惊讶的是，他们竟能追溯卜百亿年，再现宇宙形成之初10-43秒时的种种现象！
在大爆炸1秒时，宇宙中的质子和中子结合成原子。先是2个质子和2个中子结合成氦原子核，以后进而合成像锂那样稍重一些的元素的原子核。这个时期很短，温度迅速下降，来不及合成较重的元素。
时间稍微后推，在不到1秒时，宇宙温度高达100亿度，光辐射能量极大，称为宇宙的辐射时代。
在宇宙时为10-2秒(1／100)时，参与相互作用的主要粒子不是光子，而是电子、U粒子和中微子。这些粒子都是轻子，所以这个时期叫轻子时代。
在轻子时代，宇宙中占统治地位的力是弱相互作用，大量电子和正电子相遇而湮没，变成光子。
再向后推，在10-6秒即百万分之一秒时，宇宙温度为10万亿度，一些质量比电子大的粒子很活跃，宇宙中有大量的质子和中子，还有丌粒子。它们之间的作用是强相互作用，所以叫强子。这个时代也就叫强子时代。
在强子时代，物质的密度很高，处于超密态。超密态物质随温度下降发生相变，放出大量热量。整个宇宙宛如一个小小的燃烧着的火球。
时间越往后推，宇宙越热。在宇宙时为10-36秒时，温度高达开氏1028度。这时候正粒子和反粒子相互湮没而形成光子。
在10-43秒，宇宙温度为开氏1032度，现在所知道的轻子以及组成强子的夸克大概就是在这时创生的。
在10-43秒之后，宇宙的温度更高，强烈的辐射会破坏原子，使原子核衰变。在这样的条件下，我们现在所知的物质是无法存在的，基本粒子本身也会破裂为更基本的组成部分。
再往后去，例如宇宙时为10-44秒的情况，我们就一点也不知道了。
以上是科学家对宇宙大爆炸的最初瞬间直至目前所发生的种种现象的解释。他们依据的是热力学原理(即宇宙的半径每增加一倍，它的绝对温度便降低到原来的1／2)，并通过监测形成宇宙时抛出的微波辐射。他们描绘的这幅图画，看来向我们揭示了一条不可抗拒的人类的进化历程。
宇宙大爆炸产生了形成星系的气体，星系中的恒星散布出富含各种元素的碎片，然后形成行星，接着就开始了我们人类的进化史。
大爆炸之前是什么样子？说实在的，科学家们目前还回答不了这个问题。
当然，有关的猜测很多，而且众说纷纭，莫衷一是。
其中有一种诱人的说法认为，目前宇宙正在向外扩张，但后退星系的相互作用将使扩张的速度减慢，有可能在最后某一天使它停止，然后便开始一个相反的过程——收缩。收缩伸延下去，又会使宇宙缩聚为一点，出现另一次大爆炸，一切又重新开始。
这意味着，开始了我们这个宇宙的爆炸，是前一次爆炸后的爆炸，我们这个宇宙的结束也将是另一个宇宙的开始。宇宙，看来就像寓言故事中的长生岛一样，它周期性地在燃烧中毁灭，又同时在自己的废墟中诞生。因此，时间的终结也是开始，宇宙本身就是一具最基本的时钟，它嘀嘀嗒嗒地记录着自己扩张和收缩的壮丽周期。
宇宙的这种周期究竟有多长？这又是一个难以想象和难以计算的问题。
