如果一段影片中有一只球在滚动,我无法分辨影片是正常放映还是在倒放。但是如果球停了下来,我就知道是正着播放的。倒放的话,这就是不可能发生的事:球自己动起来了。球减速到最终静止下来,是由于摩擦,摩擦生热。只有在有热量的地方,才会有过去与未来的差别。例如
被十字军俘虏并奴役,但他的光辉诗句现在竖立于联合国总部的入口处:
亚当子孙皆兄弟,兄弟犹如手足亲。
造物之初本一体,一肢罹病染全身。
为人不恤他人苦,不配世上枉为人。
而诗歌也许是科学的另一个源头:能够看见不可见之物。卡诺给他的大儿子取名萨迪。萨迪·卡诺(SadiCarnot)诞生于诗与反抗之中。
萨迪·卡诺年轻时对蒸汽机充满热情。19世纪伊始,蒸汽机利用火推动机器运转,进而开始改变世界。1824年,他写了一本小册子,标题很吸引人,叫《论火的动力》,试图阐明这些机器运转的理论基础。这本短小的专著中包含一些错误的假设:他假设热量是一种有形的实体——一种流体,从高温物体“下落”到低温物体时会产生能量,就像瀑布的水从高处落到低处时会产生能量一样。这其中包含一个关键性的概念:归根结底,蒸汽机的运转是由于热量从高温物体传到低温物体。
萨迪的小册子传到了一位目光如炬、严格苛刻的普鲁士教授手里,这位教授的名字是鲁道夫·克劳修斯(RudolfClausius)。他在紧要关头抓住了问题的根本,阐述了一条注定留名的定律:不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。
此处的关键点在于其与物体下落时的区别,例如,一个球可能会下落,但它也会反弹回来,热量则不然。
这是唯一一条能够把过去与未来区分开的物理定律。
其他任何一条定律都无法做到这一点。掌管力学世界的牛顿定律不行,描述电与磁的麦克斯韦方程组不行,爱因斯坦相对论的引力方程不行,海森堡、薛定谔、狄拉克的量子力学方程也不行,描述基本粒子的20世纪物理学还是不行……这些方程都无法把过去与未来区别开。2如果这些方程允许一系列事件发生,那么也会允许这一系列事件在时间上的逆过程发生。3在世界的基本方程中4,仅仅在有热量的地方,时间之矢才会出现。[2]因此时间与热量的联系是根本性的:每当过去与未来的差别显现,都会有热量参与其中。如果一个过程倒过来看很荒谬,那么一定有东西被加热了。