热力学第二定律揭示了物理世界的方向性和过程性，给出了一个时间箭头。如果知道一个系统的两个不同的热力学状态，根据第二定律我们就能辨别出哪一个状态在先，哪一个在后。而这种时间箭头，在牛顿力学中是不存在的。只凭牛顿力学无法判断两个物理状态孰先孰后。
大约在1854年的一次演讲中，霍尔姆荷兹指出，热力学第二定律的宇宙学后果是整个宇宙不断变冷(或者变热)，所有有用的能最后都转化为热，宇宙最终要处在温度均匀的状态，所有的自然过程都将停止。这个由热力学第二定律推演出的宇宙热寂说，19世纪后期在西方文化界流行一时，成了人类前途悲观论者的科学依据。第二定律也因此蒙上了恶名，物理学家或者有意无意地回避它，或者宣布第二定律对整个宇宙无效。但一个世纪来，宇宙热寂说总像是一个挥之不去的阴影。
宇宙的膨胀现象发现之后，科学家有可能着手驱除这个阴影。宇宙的膨胀会破坏温度均衡过程。可以证明，即使热力学系统一开始就处在热平衡状态，由于整体的膨胀作用，也会出现温度差。
二、经典力学对热力学的整合
热力学第二定律所揭示的物理过程的方向性与牛顿方程所表明的世界的无方向性之间的矛盾，很快引起了人们的注意。如果热不过就是微观粒子大量运动的宏观表现，如果粒子运动服从牛顿无时间方向性的运动定律，那么，宏观上的热力学第二定律就是不可思议的。1874年，热力学第二定律的重要制定者之一威廉·汤姆逊在爱丁堡皇家学会的年会上发表了一段著名的讲演，严肃地指出了这一困难：
第九章/物理时间之矢的发现
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