“光阴似箭，日月如梭”，这两个学生作文中的习语反映了人们在日常生活中对时间的体验：时间之矢，从过去指向未来，过去和未来判然有别。日常生活是如此，自然科学又当如何？物理学中是否也有时间之矢呢？在物理学中，首先明确提出时间之矢的是英国天体物理学家爱丁顿。他在《物理世界的本质》这本书中就把熵喻为“时间之矢”。在经典力学中，我们通常看不到“时间之矢”的迹象。
例如，行星绕太阳运行的图像，若速度倒转，同样为牛顿定律所允许，差别仅在于初始条件不同而已。这样，时间的正向与反向是等价的，即其规律具有时间反演的对称性。然而，一旦熵介入，情况就截然不同了。事实上，一涉及热现象，本质上都是不可逆的，对时间反演的对称性荡然无存，可以说几乎所有现象都表现出明显的不可逆性。
比如，向上抛一个球，然后让球和地面作来回碰撞，由于球与地面的碰撞是非弹性碰撞，有动能损耗，再加上空气对皮球运动的阻力，第二次弹起的高度比第一次要低，以后将逐渐降低，最后皮球就停止在地面上了；用调匙搅拌豆浆，豆浆产生流动，最后由于黏滞力的作用趋于静止；一头大象闯入瓷器店，将店里的东西砸得稀巴烂……不可逆过程的实例，显示了时间不可能逆转。
在这些过程中，时间之矢，显而易见：不可逆过程导致一种时间的单向性。逆了时间之矢进行，每个人都可想象倒放的影片所产生的令人惊讶的效果：火柴从火苗里再生；打破的墨水瓶，在墨水注回到它里面之后，又完整地回到桌面上；大量的分子全部自发的聚集到容器的一角……在上面的例子中，静止于地上的球，跃然而起，越弹越高；豆浆从静止状态出发，流动得越来越快；乃至于被大象撞破的瓷器碎片，飞回来重新嵌配成毫无裂缝的完整瓷器。
凡此种种，都会令人感到有悖于常理，不可思议。这些实例均说明了这些现象是不可逆的，其根源在于热力学第二定律的制约。热力学第二定律破天荒第一次描述了实际过程的不可逆性，它以熵增加原理把演化概念引进了物理学。在某种意义上，可以说热力学的产生正是基于对于两种过程的区分：一是与时间的方向无关的可逆过程，二是与时间的方向有关的不可逆过程。也正是为了区分这两种过程，才引入了熵的概念。
因为熵的增加仅仅是由于不可逆过程。与常理相符的正序列，是遵循热力学第二定律的过程，熵随时间而增大；而与常理相悖的逆序列，乃是熵随时间而减少的过程，违背了第二定律。这亦是之所以我们实际观察不到逆时间之矢进行过程的原因所在，增加着的熵相当于系统自发地演变。于是，熵实质上变成了一个选择原则：在两种可能性中只有一类可以实现，抑或说可能在自然界中被观察到。
熵成为演变的指示器——时间之矢：对一切孤立系统，未来就是熵增加的方向。有一点必须指出，仅当一个系统的行为具有足够的随机性时，该系统的描述中，才可能有过去和未来间的区别，因此才可能有不可逆性，时间之矢才得以存在。本文由田慧莹摘编自冯端、冯少彤著《溯源探幽：熵的世界》一书第五章部分内容。熵是一个极其重要的物理量，但又以其难懂而闻名。本书将带你追本溯源，寻幽探微，漫游神奇的物理迷宫，领略熵的真谛。
本书着重论述熵的基本概念，分别从热力学、统计物理、分子动理论、信息论、非线性动力学、天体物理和宇宙论等不同侧面、不同层次来剖析其蕴含的意义。同时，在宽广的范围内讨论了熵在现代自然科学与技术中的应用，阐明了它所处的地位。本书内容丰富、取材新颖、文笔生动、通俗易懂，可供高等院校学生、中学教师、科技工作者以及科学爱好者阅读。