Яйцето пада на земята и се чупи. Нищо необичайно, но защо същото яйце не може да стане отново цяло? Защо времето се движи само напред, а не назад? Защо можем да си спомняме миналото, но не знаем нищо за бъдещето? Колкото и да звучат изнедващо тези въпроси със своята естествена странност, истината е, че според законите на физиката, би трябвало да е възможно, едно счупено яйце да може отново да придобие цялостен вид. Тогава, защо това не се случва?
Отговорите можем да търсим в миналото. Известният английски физик, Исак Нютон открива закона за всемирното привличане (гравитационното взаимодействие, на латински "gravitas") и чрез предложените от него закони за движение, поставя основите на класическата механика. Тези закони обясняват поведението на различни тела, например как ябълката пада от дървото и защо Земята обикаля около Слънцето. Според третия закон на Нютон, всяко действие има равно по големина и противоположно по посока противодействие. По същата логика, когато едно яйце се счупи, то трябва да може отново да придобие първоначалното си състояние. Много учени, които се занимават с теоретична физика, се сблъскват с този проблем. Физичните закони "не се интересуват" от посоката, в която се движи времето. Проф. Шон Карол, теоретичен физик, коментира, че човек може да сбърка запад с изток, но не не може да сгреши вчера с утре.
Един от учените, опитали се да намерят решение на загадката, е Лудвиг Болцман, австрийски физик, живял през XIX в. и смятан за основоположник на статистическата механика. Той е също и един от видните поддръжници на атомната теория, по времето, когато тя не е била широко приета. Атомната теория или атомизмът е учение, според което материята не е непрекъсната, а се състои от малки частици (атоми). В днешно време, знаем, че това е истина, но през XIX в. се е смятало за невъзможно, теорията да се докаже. Но какво общо има това с хода на времето?
През годините, когато Болцман е правил своите научни изследвания, се появява термодинамиката, която е свързана с топлинните процеси, протичащи в телата, следствие промяна на температура, обем и налягане и връзката с други форми на енергия и работа. Учените били напълно задоволени от теорията, но Болцман смятал, че в основата на тези принципи стоят атомите. Според австрийския учен, нагряването на едно тяло е резултат от случайното движение на малките частици в него. Опитвайки се да убеди съвременниците си в тази своя теория, Болцман концентрира усилията си в обяснението на термина "ентропия" (мярка за безпорядък или степен на свобода) чрез атомизма. Всяко тяло има определено количество ентропия и ако в изолирана макроскопична система протича термодинамичен процес, мярката за безпорядък нараства и процесът е необратим. Но защо ентропията винаги нараства? За учените през XIX в. това било необяснимо.
Болцман открива, че ентропията представлява възможните варианти на подреждане на атомите и тяхната енергия. Австрийският учен обяснява теорията си с помощта на лед в чаша вода. Молекулите в твърдо състояние имат по-малка степен на свобода, от тези в течно. Във водата топлинната енергия може да се разпространи по повече начини и до повече молекули, което означава, че ледът, след време, ще се разтопи. Ентропията нараства, защото е по-лесно и по-благоприятно за атомите да са в т.н. безпорядък. Това обяснение може да се приложи и за времето.
Да се върнем към яйцето. Когато е счупено, атомите имат повече свобода, от тези в цялото яйце. Но какво се случва, ако приложим теорията в много по-голям мащаб? Това означава, че Вселената се е появила в състояние на ниска ентропия и с продължителността на съществуването си, мярката за безпорядък нараства т.е. времето се движи в посока на по-голяма ентропия. Проблемът с тази теория е, че дори малки частици, като атомите, се подчиняват на законите на физиката, които не правят разлика между минало и бъдеще. По тази логика, аргументът за нарастване на ентропията може да се използва в две посоки, напред и назад във времето. Болцман предлага няколко решения на проблема, като най-известното е Хипотезата на миналото. Според австрийския физик, в някакъв момент в далечното минало, Вселената е била в състояние на ниска ентропия. Но ако подобно състояние е неблагоприятно и почти невъзможно, тогава защо светът е бил в него? Болцман не намира отговор на този въпрос, но много учени предлагат различни решения, свързани с постоянното разширяване на Вселената или дори със зараждането на звезди и планети. Истината е, че теорията може и да няма точно и праволинейно обяснение защо времето се движи само напред, но едно нещо е сигурно, ако яйцето се счупи, то никога вече няма да е цяло.