ביקום ובו שני אטומים, אין משמעות לכיוון הזמן. המקום בו מופיע כיוון הזמן הוא במערכות רבות חלקיקים.
מדוע הזמן זורם מהעבר אל העתיד? במאמר זה נדון בגודל פיזיקלי ושמו ״אנטרופיה״, בו דנו בעבר בסדרת ה״תרמודינמיקה״ [1]. בעזרת ה״אנטרופיה״ נוכל לענות על השאלה הבסיסית לגבי כיוון הזמן.
 
כאשר אנחנו חושבים על שני מאורעות מסוימים לעתים אנחנו מסוגלים לסדר אותם בזמן - כלומר, לומר מי מהם קדם לרעהו. זאת מאחר והמאורע הראשון גרם לשני, כלומר המאורע הראשון הוא הסיבה לשני. אבל מהי בדיוק סיבה? וכיצד באמת נקבע העתיד ביחס לעבר?
 
הבה נתחיל בניסוי פשוט של תנועת מטוטלת. נניח לרגע שאנחנו מתבוננים במטוטלת הנעה הלוך ושוב בתוך תא ריק. אם דבר לא יאט אותה, המטוטלת תנוע הלוך ושוב ללא הפסקה.
כעת נסריט את תנועת המטוטלת ואחרי כן נקרין את הסרט, אבל מהסוף להתחלה. האם נוכל לדעת שהסרט הוקרן הפוך? התשובה היא שלא. חוקי הטבע הבסיסיים שקובעים את תנועת המטוטלת, קרי חוקי ניוטון, אינם מבחינים בין זמן שזורם קדימה או זמן שזורם אחורה.
 
אולם, אם חוקי הטבע הבסיסיים של הטבע אינם קובעים את כיוון חץ הזמן, כיצד הוא נקבע? כיצד בכל זאת אנחנו מבדילים (לעתים, לא תמיד) בין העבר לעתיד?
 
הבה נדון בניסוי נוסף - נניח שאנחנו מחזיקים בכוס מלאה חלב. אנחנו שופכים את החלב והוא מתפזר על הרצפה. נניח שאנחנו מסריטים את המאורעות הללו ומקרינים אותם מחדש, אולם בסדר הפוך - מהסוף, בו החלב מפוזר על הרצפה, אל ההתחלה. אנו נצפה בחלב עולה מעלה אל עבר הכוס ונאסף אל תוכה.
במקרה זה ברור לכל בר-דעת מה קדם למה, שהרי לא פעם בחיינו ראינו חלב שנשפך (ולא בכינו על כך) אולם מעולם לא ראינו חלב שנאסף חזרה אל תוך כוס.
 
אולם מדוע? על-פי חוקי ניוטון כל מולקולת חלב יכולה, אם רק נקנה לה מהירות כלפי מעלה, להתרומם מהרצפה ולהיאסף אל תוך הכוס.
הסיבה שאנחנו לא חוזים בחלב שנאסף מהרצפה אל הכוס היא שסביר יותר לראות חלב שנשפך מאשר חלב שנאסף. לא סביר שכמות עצומה של מולקולות חלב יסתדרו חזרה בתוך הכוס מעצמן.
 
ובכן עמדנו כאן על עיקרון חשוב העוזר לנו להחליט מה קדם למה, מהו העבר ומהו העתיד. העיקרון המנחה אותנו הוא סבירות - סביר יותר שיהיה ״בלאגן״ מאשר סדר. כיוון חץ הזמן, אפוא, הוא מהסדר אל ה״בלאגן״.
 
הגודל הפיזיקלי שמודד את כמות ה״בלאגן״ במערכת נקרא אנטרופיה. האנטרופיה מוגדרת באופן פורמלי כלוגריתם של מספר מצבים בעלי אנרגיה מסוימת (מקור [1] כולל הרחבה בנושא). יש פחות מצבים של מולקולות חלב המסודרות בתוך הכוס מאשר מצבים של מולקולות החלב בהם הן מפוזרות על הרצפה. לכן האנטרופיה גדולה יותר כאשר החלב מפוזר על הרצפה (אכן, האנטרופיה גדלה עם הנפח).
 
כיוון חץ הזמן הוא כך שהאנטרופיה גדלה עם הזמן.
 
ישנם מספר נושאים ושאלות פתוחות שבהם לא נעסוק בהרחבה במאמר זה. אמנם חוקי ניוטון אינם מבדילים בין זמן הזורם קדימה לזמן הזורם אחורה, אולם בשנת 1964 התברר שהאינטראקציות החלשות בטבע כן מבדילות בין שני כיווני הזמן [2]. האם חץ הזמן המאקרוסקופי קשור לאינטראקציות החלשות או שמא אין כלל קשר?
ציינתי שגידול האנטרופיה, קרי גידול ה״בלאגן״, הוא סטטיסטי. האם ייתכן אפוא מצב שלזמן קצר האנטרופיה תקטן, או שמא גידול האנטרופיה הוא חוק יסודי ובסיסי בטבע?
ומה לגבי היקום כולו, האם מובטח לנו שהאנטרופיה ביקום כולו גדלה לעד, או שמא היא תגיע לרוויה? [1].