正文
比方说，你想知道一支大头针的尖上能容纳多少位天使跳舞，那么请告诉我一道程序，我只要去操做就可以判定答案，哪怕暂不论实际情况，只要原则上可行。首先，找几位天使来……你应该掌握到重点了。很不幸地，我在大学的哲学课上得到了很差的评分，因为我不断地纠缠教授：“能否告诉我一个操作程序去依循，好让我判定你刚才跟我说的对不对。”
下面是如何处理上述问题的一种操作性的形式（formulation）。把一个物理的过程拍成电影，再把电影倒播。在倒播电影中所表现的事件，是物理定律所允许的吗？换句话说，是否一群物理学家仅仅应用他们的专业知识即能判断这部电影是正在放映，还是倒播呢？如果不能，他们就说支配这一过程的定律，在时间反演下是不变的——这些定律根本不能区分时间箭头。
“这太可笑了！”你会说，“我现在明白你们这群书呆子物理学家在说什么了。当然啊，物理定律在时间反演下不是不变的。”
你约了一群物理学家书呆子来，在电脑上把最近的世界杯决赛上的一记进球放给他们看。前锋的脚重重地踢在足球上，砰！啪！球进了！你按下键，把这一片段倒播。趴在地面上亲吻的守门员飞了起来，成了一只蹲伏的老虎。球网猛向前摆，把球飞速地送回赛场上。足球运动得越来越快——啪！它猛击到那前锋的脚，出现像是把他向后扔了出去的画面。
你当然能判断出电影是正在放映，还是倒播。你得意地笑了。“别急！”物理学家们如合唱般地齐声回应。是的，球网把球推得飞起来，又恰好打到狂奔的前锋脚下，这不像会发生（improbable）的事，但这并非完全不可能（not impossible）。这并不违反物理定律。
不， 现在轮到你来反对了：“当我倒播电影时，足球飞得越来越快。这当然是违反已知的物理定律。”
“是啊！”物理学家叫了起来，“那是因为你忘记考虑空气分子的运动了。如果你的电影拍得够精细，能把一切相关细节都显示出来，你就会看到当球被前锋踢出去，掠过守门员撞入球网时，球因为不断地与空气分子碰撞而减速。而当你倒播时，如果电影画面也够精细，我们就会看到万亿个空气分子像是共谋似地撞击足球，让它飞得越来越快，恰好落到前锋的脚底下。这可能是你为了捉弄我们，施了什么魔术，让空气分子这般神准的呢！”
这些物理学家多是大学教授，这时很可能会忍不住要好好给你上一堂摩擦力的课。我们知道日常所见的宏观物体都受制于摩擦力，所以很容易判断电影是正在放映，还是倒播的。空气分子与足球碰撞产生的空气阻力，正是一种摩擦力。
我讲这个听起来有点可笑的故事，是要强调物理学家很快就意识到，显然不需要看进球这个复杂的过程，更不用说去煎美式蛋饼了。为了研究物理基本定律的时间反演不变性，只要把复杂的过程分解成简单的过程，这些简单的过程组合起来即可构成我们感兴趣的过程。因此，物理学家从研究球和脚的碰撞，转向研究分子之间的碰撞、原子之间的碰撞，以至于亚核基本粒子之间的碰撞。
总结起来，物理学家只是逐一检验物理的过程，看相应的时间反演的过程是否符合物理定律。把一个物理过程拍成电影，当它放映时，我们无法仅凭物理知识判断电影是在向前放映还是倒播，那么物理学家就说这一过程遵守的定律是时间反演不变的——换句话说，这些定律是不能区分时间箭头的。
例如，1951年，加州大学伯克利分校的几位物理学家让两个质子对撞，并观察到碰撞产生了一个π介子和一个氘核（π介子是一种亚核粒子，氘核包含一个质子和一个中子）。我们当然没法把这一碰撞的过程拍成电影再倒放。但如果我们做得到，那么在时间反演的电影里，一个π介子，会和一个氘核撞到一起，产生一对质子。
因此，哥伦比亚大学和罗切斯特大学的物理学家正是这么做的：他们让一个π介子撞到一个氘核上，观察到一对质子产生出来。他们看到的就完全和加州同行实验的倒播电影一样。支配这一过程的定律，看来具有完美的时间反演不变性。
几十年来，物理学家看了许许多多这样正放和倒播的“电影”，却没有在物理基本定律中发现时间箭头的任何蛛丝马迹。这很奇怪，我们身边到处都能看到时间箭头，但我们前面说过，这都可以理解为熵的作用。
顺便一提，实验物理学家当然不会傻乎乎地说他们没有看到什么。他们说：“我们在如此这般的精度范围内没有看到这个那个，这是受仪器设备所限，受基金给我们的经费所限，等等。”一些特别坚毅勤奋的实验家，充分发挥才智，提高他们没能在物理定律中看到时间箭头的精度。终于在1998年，上述实验过后近五十年，他们在一个基本粒子过程中，第一次观测到时间反演不守恒。我们接下来会进一步解说这一实验，但先回到1951年。
物理学家很快意识到，粒子碰撞并不是研究时间反演的最好的方法。上述例子中，美国东岸的实验家得保证相撞的π介子和氘核，要与西海岸实验中产生的粒子具有精确相同的能量和动量。但是，实际中你做不到这么高的精度。
1956年，物理学家找到了一个更好的办法。为了解释这个方法，我要先让你回忆一下小时候转陀螺的乐趣。（唉，在这个视频游戏的时代，转陀螺已经远离大众的文化体验了，悲夫！这是另一篇文章的主题。）
孩子们都知道陀螺自转时，它的转轴也会绕圈旋转：它在进动。让我们把旋转的陀螺拍下来，再把电影倒放。我们看到陀螺反方向进动，也沿反方向自转。如果你是个（极其）善于观察的孩子，可能会注意到，当你沿一个方向转陀螺时，它就会沿一个方向进动；当你反方向转陀螺时，它的进动也沿着相反方向。换句话说，你断定陀螺转动所遵守的物理定律，在时间反演下是不变的。
