“時間”仍是人類*難解答的謎之一，雖然當今重要科學理論都有它的蹤跡，但是仍然缺乏明確的對"時間"的科學解釋。例如：時間在很多重要的科學理論中沒有方向，是“可逆的”。本書作者用精彩的語言，**性地賦予時間方向感，並呼吁找出能涵蓋時間箭頭的全新理論。
本書作者引導讀者濟覽了所有企圖解開時間奧秘的重要科學理論。他們探究時間的物理理論——牛頓力學，愛因斯坦的相對論，量子理論與勢力學——以及考查*廣泛的時間昭示：時間如何出現在詩、化學到生物學——從“馬維爾的雙翼戰車”和“生理時鐘”到造成旅行時差和星期一早晨沮喪心情的原因。
*後他們總結各種不同的時間闡釋，描述出一種嶄新方式賦予時間方向感，並呼吁要找出能涵蓋時間箭頭的全新理論。

本書論證了現代科學理論關於時間的最普遍觀點。時間就像一隻箭， 射向未知的前方，把過去永遠留在後面。作者回顧了3個世紀的科學史，大 膽地對牛頓力學、愛因斯坦的狹義相對論和廣義相對論、量子力學以及最 近的混沌理論進行了重新解釋。

前言
序
第一章 時間的形像
第二章 牛頓物理學的興起：時間失去了方向
第三章 時間使愛因斯坦受挫
第四章 時間的量子躍遷
第五章 時間之箭：熱力學
第六章 創造性演化
第七章 時間這箭與生命之箭
第八章 統一的時間景像
第九章 未結束的探索

電磁時間 牛頓提出他的定律，是為了研究引力對大質量物體的作用。但是自然 界中還有其他的力，例如靜電力——我們梳頭時使頭發豎立起來的力。解 釋靜電現像的定律*後演變為電磁理論，它是物理學的第二個主要的理論 構成。在這裡，時間同樣是一個棘手的問題。
牛頓引力理論的一個饒有趣味的特點，是它描述了兩個大質量的物體( 例如太陽和月亮)之間的一種瞬時作用，盡管這兩個物體並沒有直接接觸。
這種現像被稱為超距作用。它使當時的科學家和哲學家都感到頭疼，因為 找不到顯而易見的機制去說明它。在《原理》一書中，牛頓敘述道：“我 希望我們能用類似力學原理的推理，導出其他自然現像，因為有許多理由 使我猜想，這些現像都取決於某些力，這些力使得物體中的粒子由於某些 迄今未知的原因，或者相互靠近而連接成規則形狀，或者相互排斥而分散 。這些力既屬未知，所以哲學家們迄今對大自然的探索仍是徒勞無功。” 對於像一記拳或是一記耳光那樣的踫撞力，物理學家和哲學家們可以 理解。可是對於吸引力或排斥力——像牛頓的引力——他們總認為是玄虛 的。牛頓在科學上的主要敵手萊布尼茲，曾把牛頓的工作評論為“引力(不 言而喻，任何牛頓其他的原動力)，不是故弄玄虛就是某種奇跡的作用”。
牛頓為了解決這一問題，想像了一個引力場，它從每一個引力質量中流出 ，瞬時彌漫到整個空間，並且隨著到物體質量中心距離的增加，它的強度 按平方反比而減少；這樣當距離增加一倍時，引力場的強度就減少到四分 之一。
靜電力——例如，在帶電的梳子和頭發之間的靜電力——以同樣的方 式作用於整個空間。為使這種作用在一段距離外發生，就要假定有一個電 場，就像牛頓的引力場那樣。1785年法國人庫侖(Charles Coulomb)獲得了 必要的實驗精度，、為靜電力的理論提供了基礎。根據他的實驗，他得到 了一個把荷電物體之間相互作用定量化的定律。庫侖使用了一個扭矩天平 ，這是一個可以測量一對荷電球之間電力的裝置。他發現**電荷相互排 斥而異性電荷相互吸引，在這兩種情況下，相互作用力都準確地按照荷電 球之間距離的平方反比而變化(並且正比於兩個球電荷量的乘積)。
庫侖定律與牛頓的引力定律具有驚人的相似性：兩者都用了場的概念 ，都用了平方反比定律，來描述超距作用。誠然，也有一些重要的區別。
電荷有兩種類型，正電荷與負電荷。**電荷相斥，異性電荷相吸。而引 力隻有一種類型的“荷”——質量——它總是相吸的：日月星辰之間全都 是互相吸引。
與靜電學有關的靜磁場的研究，與靜電場有**相像的歷史，兩者之 間有許多相似之處。當時擔任倫敦皇家研究所所長的法拉第(Michael Faraday)1820年在電學和磁學方面進行了獨創性的研究，發現運動的或動 態的磁作用與靜電作用緊密相關，而且反之亦然。運動的電荷產生磁場， 而運動的磁場在導體中產生電流(第三章中我們將深入討論這種對稱性的原 因)。法拉第的開創性工作，由蘇格蘭人麥克斯韋(James Clerk Maxwell， 1831～1879)用有力的理論繼續發展。麥克斯韋1864年當倫敦大學皇家學院 的教授時，證明了電和磁的作用，是同一個電磁力不同的表現形式。他* 後集其大成的數學方程是如此優美，使得玻耳茲曼(Boltzmann)不禁引用哥 德(Goethe)的語句：“難道是上帝寫的這些嗎?……”麥克斯韋把法拉第的 電磁定律數學化，其結果現在就叫做麥克斯韋方程。根據這些方程，麥克 斯韋得到一項推論說，電磁信號在真空中應該以一個恆定的速度運動，而 這個速度就是光的速度。
這樣說來，我們就很難避免下結論，說光本身就是一種電磁作用。不 久之後，另外一些形式的電磁輻射也被發現了，從此人們知道可見光隻是 電磁波譜中的一部分，整個電磁波譜覆蓋著從射電波直到X射線以及它以外 的波段。我們熟悉的從紅色到紫色的電磁輻射波譜，僅僅隻是整個波譜中 的、人的視網膜感覺得到的一個波段。
然而，就像牛頓方程一樣，麥克斯韋方程也不區分過去和將來。時間 不論是正值還是負值，方程都是不變的，方程裡面不包含過去和將來的區 別。按照麥克斯韋方程，一個像電子這樣帶電的、有質量的粒子，在電場 和磁場並存的情況下，由於同時受到這兩個場的作用，將受到一個以荷蘭 物理學家洛倫茲(Hendrik Lorentz)的名字命名的力。這個粒子的運動於是 就可以用牛頓運動方程來描述，洛倫茲力和粒子質量決定粒子的加速度。
這樣我們又一次失去了時間箭頭。正如先前講到的引力下的運動一樣 ，現在我們在電動力學中又遇到了可逆的力學描述。有關帶電粒子在電場 、磁場或者兩者並存情況下的實驗，證實了這些時間對稱的運動方程的解 ，的確給出了正確的動力學結果。可是許多電磁現像，很明顯地是具有時 間方向的。從沒有人見過光波從照亮的房間裡聚回到電燈燈絲，然後被燈 絲吸收；也從沒有人見過光線從我們的眼睛跑出來，再被太陽或是其他光 源吸收回去。因此有些人說，存在一種電磁的時間箭頭，它可以排除這些 “倒轉”過程，原因是這些過程的初始條件被實現的幾率極小。這種說法 和我們前面已經反駁過的，有關公牛和瓷器店的說法十分相似。
電和電磁輻射在守時技術方面起了很大的作用。依賴於個別地方準確 守時的“地方時”制度由此結束，取而代之的是全國性的“**時”。這 給出了一個全國範圍共同意識的“現在”。無線電波可以使遍布全國的鐘 表時間同步。當**個電報繫統1838年在英國被采用時，人們就已認識到 ，用同樣的辦法，可以傳播來自同一個主鐘的信號。電使得鐘表的準確性 比以往大大提高。在美國的貝爾實驗室，借助於電路裝置的晶體石英鐘， 早在20世紀20年代後期就已經問世。在這類鐘裡，石英晶體像音叉一樣， 以恆定而且**準確的頻率振蕩。這一頻率是石英晶體的特性，與機械鐘 不同的是，它和鐘表的設計基本無關。
1948年，設在華盛頓的美國**標準局成功地把一種分子振動用於守 時，為原子鐘鋪開了道路。原子鐘的“滴答”頻率是**與工藝設計無關 的。美國**標準局當時用的是氨分子，它的形狀像金字塔，由三個氫原 子和一個氮原子組成。三個氫原子構成一個環，氮原子前後跳動穿過這個 環，就形成了鐘的“滴答”走時。*古老的守時鐘就是我們所在的這顆行 星了，它的缺點是它的轉動速率不是**穩定的，與此相比，原子鐘要好 得多了。由於地球極冠的冰雪凍結和融化，潮汐的摩擦以及其他產生於地 球內部深處的作用，**的長度在一年之中，有千分之一秒左右的漲落。
這對於現代超精密的守時需要來說，是**不夠的。
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