——把时间的流逝性全面渗透进物理学的各个领域，很可能是新变革的起点。

在之前的研究中，我们注意到，物理学中有两个特别值得注意的领域，一个是广义相对论，一个是热力学。

除去广义相对论之外的所有物理领域(包括热力学)，都把时空看做不依赖于物质及其运动的背景和舞台。时空永远是平直的，像个空架子，不受物质和运动的影响。所有的物质都在平直不变的时空背景下运动，展现自己的规律。只有广义相对论中，才认为时空背景不能脱离物质和运动，它们之间相互影响，物质和运动会使时空弯曲。换句话说，只有广义相对论中的时空是弯曲的，其他所有物理领域中的时空都是平直的。

另一方面，除去热力学之外的所有物理领域(包括广义相对论)中的理论，都不认为时间有方向，而都是时间可逆的、时间反演成立的理论，都是绝对零度的理论。只有热力学，它的第二定律显示出时间的箭头，认为时间有方向，认为真实的物理过程应该是不可逆的；它的第三定律告诉我们，真实的物理过程不应该处在绝对零度。

这两个具有鲜明特色的理论，其实存在着本质的联系[1]。

物质的所有属性中，只有“热”和“引力”(时空弯曲)两种属性是万有的，任何物质形态都有这两种属性。它们不像电磁作用，只出现在电磁体之间；不像强作用，只出现在强子之间；也不像弱作用，只出现在大部分微观粒子之间。

万有引力和热运动都不可屏蔽，所谓的绝热壁只不过是一种想象的东西。

恒星和星系之所以能够存在，是靠着万有引力把物质凝聚在一起，又靠着热运动的排斥作用，而使物质不至于在引力作用下无限制地塌缩。热与引力，是维持恒星和星系存在的一对矛盾，一个起排斥作用，另一个起吸引作用，最后达到一定的平衡。特别值得注意的是，当通常的热运动停止下来，星体只剩下万有引力的吸引作用而彻底塌缩时，形成的黑洞(纯粹万有引力效应的产物)居然会有温度的出现。前段时间的讨论又表明，万有引力作用发展到极端而形成的奇点，很可能与违背热力学第三定律、完全不考虑热效应有关。可见，热与引力具有深刻的本质联系。不能把引力与电磁力、强力、弱力等同看待，引力不是真正的力，它不仅是时空弯曲的表现，而且与热不可分割。

因此我们认为，任何不考虑“热”的引力研究都会碰到不可逾越的困难。广义相对论中的奇点困难就是其中之一。广义相对论的场方程本质上是绝对零度的方程。在不考虑热效应的情况下，得出了奇性定理，导致了严重的奇点困难[2]。广义相对论中的另一个基本困难，引力场量子化的困难，也可能与不考虑“热”有关。如果讨论有限温度下的引力理论，也许能同时克服奇点困难和引力场量子化中碰到的困难。

另一方面，狭义相对论的热力学理论至今存在问题，更不用说广义相对论的热力学了。一个匀速运动的物体，与静止的同种物体相比，其温度升高、降低还是不变？现在居然有三种答案，而且谁也说服不了谁。实际上，热学理论至今未能纳入相对论的框架。爱因斯坦在1905年之后，碰到了万有引力定律纳不进相对论框架的困难，今天我们碰到了类似的困难，并且也许是更大的困难。

广义相对论告诉我们，引力与时间有关，上面又谈到引力与热有关，热与时间有关。于是，我们似乎朦胧地看到了一个重要的三角关系。在我们之前的工作中，已经研究了热力学定律和时间属性之间深刻而本质的联系。

人们早已知道，热力学第二定律显示出时间箭头，指出时间是有方向的。人们也早已知道，能量守恒是时间均匀性的表现。热力学第一定律，就是能量守恒定律，它告诉我们，时间是均匀流逝的。

在我们过去的工作[3]中，把热力学第三定律推广为包括温度上限的形式，即广义热力学第三定律，它告诉我们温度的定义域是一个“开域”，不包括上限和下限，在通常的热力学系统中，此定律可以表述为：不能通过有限次操作，把系统的温度降低到绝对零度或升高到无穷大。对于负温系统，它就是通常的表述形式：不能通过有限次操作，把系统的温度降低到  或升高到  。

我们指出，奇性定理很可能是在违背广义热力学第三定律的情况下证明的。我们有理由推测，广义热力学第三定律会阻止时空出现奇异性(奇点和奇环)。第三定律不仅会禁止裸奇点出现(宇宙监察原理)，而且会干脆禁止任何奇异性出现。

奇点被看做时间的“端点”(此端点本身不属于时间)。奇点的存在表明时间的有限性，有一个有限的开始，或有一个有限的结束，或者既有有限的开始，又有有限的结束。广义热力学第三定律排除奇点，就可以保证时间的无限性，无始无终。所以可以推测，热力学第三定律表明，时间是无限的，既没有开始，又没有结束。

在过去的工作[4]中，我们还指出了热平衡的传递性等价于钟速同步的传递性。阐述热平衡传递性的热力学第零定律，原意是告诉人们可以定义统一的温度概念，现在我们指出，它也意味着可以定义统一的“钟速”概念。其本质，就是在时空中定义统一的时间。因此可以说，热力学第零定律表明，时间是可以在时空中统一定义的。即，第零定律要求时空中至少存在一个可以统一定义钟速(统一定义时间)的坐标系。

考虑钟速同步不具有传递性的时空，以及具有奇异性的时空，如果认为这两类时空都是现实存在的，那么，热力学定律在这类怪异的时空中将不成立，或者需要修改。

我们认为，更有可能的是，热力学定律将排除上述怪异时空的存在，也就是说，上述怪异时空是非物理的。

我们看到，引力、热和时间之间存在着本质联系，同时看到，热力学的四条定律都与时间的本性有关：第零定律表明，时间是可以定义的；第一定律表明，时间是均匀的；第二定律表明，时间是有方向的(即时间是流逝的)；第三定律表明，时间是无穷无尽的，既没有开始，又没有结束。

经过一个世纪的努力，当又一个新世纪来临之际，物理学似乎再次处于重大变革的前夜。建立有限温度的引力理论，搞清楚热、时间与引力之间的三角关系，把时间的流逝性全面渗透进物理学的各个领域，很可能是新变革的起点。

[1] 实际上，在霍金辐射的提出，显示黑洞也具有热力学特征之后，很多物理学家(比如著名的Susskind)研究了时空弯曲与热效应的关系，特别是波戈留夫变换(Bogoliubov transformation)的提出，把一个平直的、有热力学时空和一个弯曲、但没有热力学的时空联系起来，更加揭示了“真空其实是一种热平衡态”的本质，以及暗示着引力场是形变的真空场。可以说，自此引力和热力学就结下了不解之缘。

[2] 刘辽、赵峥等人曾对Penrose与Hawking等人提出的奇性定理表示过公开的反对。Penrose和Hawking主要是应用整体微分几何技术进行的证明，而赵峥等人也同样利用整体微分几何技术进行了反驳，详见“赵峥, 田桂花(2003). 质疑彭若斯与霍金的奇点定理”，“Tian Guihua, Zhao Zheng, Liang Canbin(2002). Proper acceleration of a null geodesic in curved spacetime“。另，刘辽关于Hawking辐射的讨论可见“赵峥, 桂元星, 刘辽(1983). 黑洞热辐射和内禀奇异区的温度”，“Liu Liao and Zhao Zheng(1983). ON THE HAWKING RADIATION IN A STATIONARY RIEMANN SPACE-TIME”等等一系列文章。

[3] 主要是指“赵峥(1997). 第三定律与时间的端点”相关的一系列文章。

[4] 主要是指“赵峥,裴寿镛,刘辽(1999). 钟速同步的传递性等价于热力学第零定律”，“Zhao Zheng, Tian Guihua, Liu Liao, Gao Sijie(2006). How to define the equality of durations in measurement of time”等一系列文章。