熵减会引发时间倒流吗——《信条》中的科学问题(上)
  • 来源:科普时报
  • 作者:陈思进
  • 2020-10-01 13:57


阔别三年,克里斯托弗·诺兰终于带着新片TENET(《信条》或《天能》)回归了!

作为诺兰的铁粉,又是科幻电影的爱好者,疫情之后我第一次回到影院,第一时间观赏了科幻大片《信条》的首映,当只有在影院里才能听到音效响起时,竟然“老泪纵横”,不由得感叹:久违了! 

首先要说的是,诺兰的《信条》一如既往地精彩,与他的经典《星际穿越》各有千秋,再一次感受到了诺兰丰富的想象力:在电影中构建了自己的物理世界,尤其将“诺兰时间线”玩儿到了极致,凌驾于复杂的科幻概念之上,集动作片和间谍片之大成,通过一个比较深刻的故事,为大家演绎了大众都能欣赏的饕餮盛宴。

更兴奋地注意到,《信条》是在科幻设定之下的谍战片——极具007神秘、危险,情节跌宕起伏、扣人心弦的色彩(诺兰不愧为英国导演)。这和我的《超时空拯救》的科幻设定下的金融商战小说,有着异曲同工之妙。

近年来,许多科幻片不约而同地用黑洞、量子力学中的概念和fancy(花哨的)的术语,如叠加态、量子纠缠、不确定原理等作为科幻设定,而诺兰却另辟蹊径,“竟然”用到了热力学的熵,还有我曾谈过的平行宇宙、反物质等。在此,我借着点评稍微“质疑”一下《信条》中的科幻设定(请注意,没有剧透),再浅谈一下熵、平行宇宙、反物质,以及相关的暗物质和暗能量等。

首先谈一下《信条》中最主要的科幻设定——熵。

我在之前的《华为的活力之源“熵减”中的熵是什么?(上)(下)》(2019年8月9日和2019年8月23日《科普时报》第3版首发)文中,提及了一个家庭主妇在准备早餐时,一不小心,把一杯牛奶打翻在地,杯子摔成了碎片,这场景我们可能都碰见过。主妇让丈夫来收拾这场“不幸的灾难”,丈夫只顾埋头玩儿手机,于是主妇只能一边唠叨,一边清理……

为什么会发生这种”不幸”呢?为何这个过程不会反过来进行:为什么玻璃碎片不会再自动粘起来,牛奶自动流回杯子里,再变回完好如初的那杯牛奶呢?

根据力学法则,从理论上来说这是可能的。不过,经验告诉我们,这种情况从未发生过。事实上,有史以来所有的玻璃杯,最终的宿命都将裂成碎片,不管是在你家厨房的地板上,还是在垃圾箱里。宇宙万物就是这样运作的,而这一切皆因熵。

热力学第二定律告诉我们,一个孤立系统的熵,作为时间函数不可能减少(这是专业的说法)。因此,随着时间的流逝,熵不断地增加,称为“熵增”。

在电影《信条》中,诺兰最主要的一个科幻设定,就是通过一个可以逆转熵的机器,来实现时间的逆转,并以这样的“诺兰时间线”来展开故事。从电影设计上来看,这是极其巧妙的,非但故事精彩,电影中的特效更使人目不转睛,以至如痴如醉。

但是,从科学角度而言,这儿有一个明显的Bug:熵会随着时间的流逝自然增加,但并不是说,熵减会引发时间的倒流,熵和时间并不是这样对应的。

举个最直观的例子吧:你把一杯水放在冰箱的冰冻格里,由于水结成了冰,变成了一个更稳定的状态,这就是一个熵减的过程。但是,冰箱里的时间并没逆转倒流,也就是说,逆熵并不等于时间逆转。

和《信条》中用来逆转熵的机器一样,冰箱也很容易令熵下降。但是,熵增-热力学第二定律的前提,是必须在一个封闭的系统之中,如我们所处的宇宙,而冰箱并不是一个封闭的系统,那么电影中的机器又怎能成为一个封闭系统呢?这就好似永动机一般,怎么可能实现呢?

其次,如果整个环境在熵增,那么所有共处同一环境的人都会有同样的体验,在这环境中不可能只有其中一人会例外,不管是谁。而在电影中,能体验时间逆转的是穿过机器的人,但从目前的物理学来说,这更是不可能的,因为熵是整个环境的特性,也就是说,如果那个环境中其他人都在熵增的话,穿过那个机器的人最多也只能在机器之中熵减,一旦从机器里出来,就将融入到整个大环境中,也只能随之熵增。

而且,如果企图将熵降低来使时间逆转的话,那所有的过程也应该都随之逆转,如经过那个机器的人也应该越来越年轻,就像Brat Pitt(布萊德·彼特)在《本杰明·巴顿奇事》(The Curious Case of Benjamin Button)中那样。但在《信条》之中,只有一小部分的特定逆转,这就不太符合这些科幻设计的逻辑了。

相信诺兰对这些Bug都很清楚,因为,从物理学来看,他的硬核科幻大片《星际穿越》,除了最后那一段(主人公父亲跳进黑洞,进入了一个“四维超立方体”中,而这个“四维超立方体”加上了时间轴之后,也就是他进入了五维时空,便能够穿越时空,将信息传给远隔万千光年之外的地球上的女儿)还不太可能以外,其他部分完全可以作为科普纪录片来观赏,毕竟著名物理学家基普·索恩(诺贝尔物理学奖获得者)是诺兰的科学顾问。

(作者系加拿大某国际财团风险管理资深顾问,科幻作家)

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