统计力学指出熵增大过程是不可逆的,统计力学研究的是大量的微小粒子的整体的现象．然而假如我们去追究一个一个的粒子的运动情况,就要用力学理论记述每一个粒子的运动．我们把宏观的结论与微观的分析作一番对比,研究箱子里气体分子的熵增大过程。

当气体分子都集中在箱子的一角,箱子的其它部分是真空时,此状态的熵最小．如果解除了对气体分子的限制,不一会它们就会均匀地分散到箱中的各个部位使得各处的密度都相同,这是熵最大的状态．所谓＂自然＂就是指总是向着熵增大的方向演化最终达到最大值,通过此例我们可以清楚地看出这一点。

但是,让我们从分子尺度上再分析一下这个例子．分子经过频繁的碰撞最终均等地分布于整个箱中,对每一次力学的碰撞来说,都可能有与之正好相反的碰撞发生,假如把2 个分子的碰撞拍摄成电影,将胶片由后往前倒过来放映,观众也不会感到有什么奇怪之处．可见自然界里有可能发生与时间方向相反的分子碰撞。

在刚才的例子里,气体开始时集中于一角后来扩散到箱内各处,如果我们在某个瞬间对该气体的所有分子都发出向后转的命令,将会怎样呢? 假定分子在接到命令后都按照同样的速度朝相反方向退回．刚发出命令时气体密度是均匀的,在运动速度分布上也是既有快的分子也有慢的分子,各有适当的比例,一切都很自然．也就是说: 刚开始向后转时,气体仍然处于熵最大的最自然的状态。

然而气体执行向后转的命令就相当于时间被逆转．各粒子均按照原路返回,经过各次逆向的碰撞……最终气体的分子都集中到了箱子的一角,也就是从熵比较大的状态转变到熵比较小的状态去了．但是,谁也没有见到过这样的事情,它不符合热力学第二定律。

把上面这些对比归纳起来就是,对于任何微观分子的碰撞,其逆碰撞是可能发生的；但是观察由许多分子组成的宏观集团时,就不可能见到逆现象的发生．对于一个个的粒子来说,无论数量有多大都应当遵循力学的有关定律,每个粒子的运动都是可逆的,然而粒子集团的变化却是不可逆的,这是热力学和统计力学的结论．熵时间即意识时间的箭头指向众多粒子的集团的变化方向．从力学观点看,对每个粒子来说,时间的箭头指向前后任何一方都是可能的,但是对于粒子集团的统计结果却只能指向一个方向,这难道不是一个巨大的矛盾吗?

□图6-6 时间的箭头指向粒子集团的演化方向