“时间”是什么？正因为我们对它的认识不多，才促成创作者对于时间的各种创意延伸萌生想法。
本文选自《读懂时间简史的第一本书》，作者李淼是中国中山大学天文与空间科学研究院院长院长及筹建人。这本书则是他写给一班大众关于时间的科普读物。本文中，李淼将以一般读者更容易理解的方式，重新组织和诠释霍金的理论。
要解释这个问题，我们得先给大家前情提要，尽管在自然界中，我们看到的所有物理过程基本上都没有反向的过程，但是，如果我们将所有的过程拍成电影，然后倒带，物理学家发现，其实在这些不可能的过程中，物理学定律照样成立。那么，物理学定律照样成立的这些过程，例如热量从温度低的地方流向温度高的地方，为什么没有在自然界中发生呢？这就是物理学家焦虑的问题。
宇宙大爆炸时发生了什么事？
仔细一想，其实问题是这样的：在反向放映的过程中，一个系统总是从更加混乱的状态过渡到更加有秩序的状态，这是熵减少的过程，当然不可能发生。这同时说明了，我们的宇宙本来开始于熵很少的状态。所以，物理学家将这个问题变成了：为什么宇宙在开始的时候熵特别少？
读过《给孩子讲宇宙》的人也许还记得，我们的宇宙开始于一场大爆炸（又称大爆炸），大爆炸发生的时候，整个宇宙被密度非常高的粒子气体充满，那个时候，宇宙的熵比现在小得多。
为什么宇宙会从这样的一个状态开始呢？物理学家必须解释这个问题。后来，物理学家想到一个更加不可思议的解决方案，在宇宙充满粒子气体之前，宇宙还经历了一个更加暴烈的过程，在这个过程中，宇宙在远远不到一秒钟的时间内，膨胀了一百亿亿亿倍，这个过程叫暴胀。
因为它很像金融暴胀，甚至比金融暴胀厉害得多。这个过程是美国物理学家阿兰．古斯（Alan Harvey Guth，一九四七年～）发明的，我这里就不说他为什么会发明这个理论（我们于第三讲中再说），我只是告诉大家，现在多数物理学家和天文学家同意宇宙确实开始于暴胀。
宇宙在暴胀的时候，状态更加特别，也就是说，熵基本可以忽略不计，为什么呢？因为在暴胀的时候，根本不存在任何粒子，只有单纯的能量。
到底是一种什么能量呢？物理学家至今还没有人弄清楚，但有一件事是确定的：没有粒子只有能量，所以状态很简单。如果有人给你一个空盒子，里面是简单的真空，你能说这个系统很复杂很混乱吗？它的熵等于零。
宇宙在暴胀的时候，虽然有能量，但其实和一个真空的盒子差不多，熵基本等于零。这样，我们就能够解释为什么宇宙开始的时候状态很特别。
正因为宇宙开始的时候状态特别，时间才有了箭头，因为宇宙作为一个系统，只能变得越来越混乱。
心理学的时间箭头：过去与未来
截至目前为止，这一讲谈的都是物理学的时间箭头，现在，我们要来谈谈心理学的时间箭头。
这个时间箭头更加明显，因为，我们每一个人都知道，我们只记得过去发生的事情，没有人能够预言未来会发生什么事情。也就是说，我们的大脑明确地知道过去和未来的区别，这是一个时箭头。
虽然现在科学家并没有完全弄清楚人类的大脑到底是怎么运行的，但有一点是很清楚的，就是当我们学习和记忆的时候，大脑海中的神经元会形成一定的排列组合，以某种方式相互联接起来。怎么理解这件事呢？一个最为简单的例子，就是中国传统的算盘。
本来，当我们被生下来的时候，什么也不记得，就像一个算盘中的所有算珠处于最低的状态。现在，我们向上拨一个算珠，算盘就改变了，记录了一个数字。再拨几个算珠，算盘的状态又改变了，记录一个更大的数字。
想象一下，我们的大脑接触外部环境的时候，通过观察和学习，里面的神经元就像算珠，改变了状态，这就是记忆的过程。
拨算珠需要能量，同样，我们的大脑工作时也需要能量。我们学得越多，消耗的能量也就越大。比如你正在读这本《读懂时间简史的第一本书》，快的话需要一天时间，慢一点可能需要好几天。
你越是集中注意力记住这本书带给你的知识，你消耗的能量就越大。据科学家估计，一个人在认真思考的时候，大脑消耗的能量大约占我们身体消能耗量的三分之一。
我为什么要给大家讲大脑能耗这件事呢？你有没有想过，我们消耗的能量越多，吃进的食物也就越多，排放的东西也就越多，这会造成什么后果？会造成我们环境的熵越来越大。
你看，学习以及记忆的代价，是让我们周围环境的熵变大。换句话说，我们的心理时间箭头，居然和环境的物理时间箭头是有关系的。所以，我们不可能预测未来，主要就是因为未来的熵比现在大。其实，计算机的功能也是这样，计算机在存储和运算的时候，每时每刻都在消能耗量。
当然，我们不必太为消能耗量担心，毕竟，太阳还有好多好多能量会源源不绝地提供给我们。现在我们知道了，大脑的记忆越多，存储的消息也就越大。
消息是符号有意义的排列组合
那么，消息这种东西，到底是什么？
假如我给你好多字，像这本书一样，四万多字，然后你随便排列，毫无疑问，你不会看懂这本书，因为所有的字都是混乱的。不信的话，我们将上面这段话打散成这样：
“多像这本假书一，四无是混疑你，万你多字，然我懂如你便排列，毫问，不会好看这的随样本给书，因为所字后有如的字都乱。”
“多像这本假书一，四无是混疑你，万你多字，然我懂如你便排列，毫问，不会好看这的随样本给书，因为所字后有如的字都乱。”
你可以仔细对照一下，虽然是完全一样的字，但你看得懂吗？所以我们得到这样的结论：乱七八糟的一堆字不会有任何消息。但是，因为它们很混乱，熵却比较大。熵大而消息少，这是克劳德．香农（Claude Elwood Shannon，一九一六∼二○○一年）在一九四八年发现的。香农是美国数学家，在贝尔实验室整整工作了三十一年。
贝尔实验室是一个什么地方呢？它隶属于美国电话电报公司，顾名思义，这个实验室主要的任务之一就是研究通信。
尽管香农是一位数学家，但他也研究通信。当时电报还是很重要的通信方式，香农那时要弄明白，怎样才能办到即使电报出错了，也能让接收电报的人看懂。
年轻一点的朋友可能对电报很陌生。其实就是一台电报机，一个人坐在那里不停地按一个电钮，然后电报机通过无线电将一条消息发出去。
尽管电报机和我们现在常用的手机完全不同，但工作原理没有什么特别不同之处。
电报的无线电信号发出去了，接收电报的一方通过电报接收机将无线电信号翻译成文本，就像上面这张图。
我们现在很容易理解香农研究的结果，比方说，我们写一个带有两个字的句子，如果很确定每一个字都没有错，当然这个句子的意思也不会错。
如果这个句子中，每个字出错的几率是一半，那么，这个句子很可能完全无法被理解。他因此得到了一个非常重要的公式，这个公式会告诉我们：一句话里的消息含量有多少。
当然，句子越长，消息量就越大。
香农得到的消息公式，正好和熵相反：一段话的熵越大，消息就越少。你们都听说过“位元”吧？这是香农发明的，位元越多，消息就越多。
相反，位元越少，消息就越少。一堆乱七八糟的字，没有什么位元，熵倒是不小。
总结一下这一讲：在宇宙中，熵总是越来越大，这给时间带来了一个箭头，未来不同于过去。熵变大的原因，归结于我们宇宙在最初的时候，处于一个十分简单的状态。在这个物理时间箭头之外，还存在我们的心理时间箭头，这两个时间箭头正好是关联的。