拯救时间之箭( 三 ) 撰文：Andrew

现在思考一下，当我们打开一个充满气体的盒子，让气体扩散到一个大房间时会发生什么。如果气体从盒子里出来，然后充满整个房间（如上图左），那么我们可以很容易地满足这样的规律——盒子里的每个初始状态都会演变成为房间里独特的最终状态。在这个过程中，如果我们密切关注房间里的每一个粒子，熵就不会增加，因为每个初始状态都会演变为一个单一的最终状态。但我们无法跟踪这么多变量。我们能做的就是在打开盒子后测量温度和压强，然后我们会发现，整个房间里的气体有许许多多种可能的状态都与新的温度和压强一致。在这个过程中，我们丢失了关于粒子精确构型的信息，因此熵会增加。相反，如果气体最初充满整个房间，然后聚集起来流入盒子里（如上图右），那么房间里的绝大多数初始状态都将无处可去，因为盒子里没有足够的状态。因此，熵不可能减小！

现在，热力学第二定律让我们对“时间之箭”有了一些判断力。尽管物理学定律是可以逆时间而行，但熵这一统计概念能让我们为时间定义一个前进的方向：时间朝着熵增加的方向流动！这就是为什么我们觉得一个自发组装咖啡杯的视频一定是在倒放。

黑洞与熵

那么，这一切又和黑洞有什么关系呢？在经典世界，也就是不考虑量子物理学的世界里的黑洞是没有熵的。物理学家贝肯斯坦（JacobBekenstein）曾说过，这些经典世界的黑洞是“无毛”的，这句俏皮话的意思是，一个经典黑洞只有几种可测量的属性：质量（它有多大）、角动量（它旋转的速度有多快）和电荷（比如积聚的静电）。当一个物体落入黑洞时，它能改变的只有这三个量，除此之外，任何与它有关的信息都永远的丧失了。

对于热力学第二定律而言，这是一个大问题！如果黑洞真的没有熵，那么在任何时候当一个物体落入黑洞时，它的熵都会被有效地即刻清除，这样一来，宇宙的熵就降低了，从而违反了热力学第二定律。如果没有热力学第二定律，我们为什么就不能在日常生活中看到破碎的咖啡杯再自我重组呢？