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西媒:《信條》背後的科學和時間旅行

原標題:西媒:《信條》背後的科學和時間旅行 來源:參考消息網

參考消息網9月15日報道 《西班牙人報》網站9月13日發文對電影《信條》背後的科學和時間旅行進行了探討分析,文章內容編譯如下:

時間是什麼?為什麼時間不能倒退?我們為什麼不能記住未來?為什麼子彈在發射前不能退回彈匣?

這些是看完克里斯托弗·諾蘭的第11部電影《信條》后可能會想到的一些問題。儘管這部影片是以間諜片開始的,但內容很快就充斥了大量的悖論、哲學思考和物理爭論,焦點是所謂的「逆時間技術」。諾蘭使用精妙而令人難忘的視覺語言,展示了一種神秘的反物質形式,這種形式會使物質在時空中逆向移動,例如物體向上「掉落」、船「逆著走」、建築物在被導彈擊中后自行重組。

「不要試圖去理解它,只要去感受它就行!」影片中,一位科學家向主角這樣解釋了「逆行子彈」的奇妙特性,這枚子彈從桌子上升起后才掉落。對於西班牙馬德里自治大學理論物理研究所研究人員、弦理論專家安赫爾·瑪利亞·烏蘭加來說,這句話是欣賞《信條》這部電影的好方法。但是即使如此,他仍認為,《信條》中有多少科學和虛構的東西是值得談論的。

為了討論這一點,也許應該首先解釋一下什麼是時間。斯蒂芬·霍金在他的《時間簡史》一書中用三個箭頭來定義它,這些箭頭指向未來並與不同的現象相關:宇宙箭頭、熱力學箭頭和心理箭頭。

《信條》這部影片至少在理論上是從一個令人驚訝的真實前提出發的:某些過程可以互換地前進和後退。從這個意義上,烏蘭加解釋說:「在時間倒流中,幾乎所有自然界的相互作用都是不變的。」也就是說,無論是時間正行還是逆行,如重力、電磁或原子現象等很多現象在物理學原理上都是完全相容的,時間對它們來說幾乎並不重要。

不過這部電影並未涉及上述類型的現象,而是著重於宏觀過程,例如發射子彈或使公寓樓倒塌。

烏蘭加認為,這部電影的基本前提是,某些物體的時間流逝方向可以顛倒,例如,向後移動的子彈或從撞擊點出發的汽車。它們是普通物體的「逆版本」。

在現實世界中,根據熱力學第二原理並以與時間的熱力學箭頭吻合的方式來看,諸如化學反應或爆炸之類的熱力學過程會增加宇宙的熵,宇宙中的混亂無序會進一步增加。但是,在《信條》的虛構情節中,存在一個逆熵:一個反向的熱力學箭頭,最終導致完全的時間反演。按照這種邏輯,一個破碎的雞蛋最終可能重新恢復完整。

烏蘭加表示:「這個前提不能很好地發揮作用。」為什麼這麼說?熱力學第二定律指出,熵在全局或凈規模上總是增加而不是減少。熵總是增加,熱力學箭頭總是沿相同的方向前進:在室溫下放置冰塊時,水融化並擴散。當用球拍擊打球時,一部分能量會隨著熱量的流失而消失,熵也會增加。

為什麼會發生這種情況,而不是相反?首先,必須理解熱力學第二定律或原理不是某種神秘的宇宙定律:它僅僅是概率的體現。

除此之外,烏蘭加解釋說,逆熵意味著更多問題。在自然世界中,各種過程會增加熵,因為它們會向環境釋放熱量:當子彈掉落(金屬與空氣的撞擊和摩擦釋放熱量)或射中牆壁時,會散發煙和熱,並留下一個同樣發熱的彈孔。

熱量也會倒退嗎?這將需要槍本身以及牆壁和空氣同時發生逆轉。因此,烏蘭加認為,如果逆轉的子彈不在與之接觸的各種材料的陪伴下,它就無法進入逆流的時間。

但是,如果無序狀態總是在加劇,為什麼恆星會從氫或氦開始合成越來越重且有序的化學元素?為什麼樹木或母牛能夠通過空氣或消化食物中的疾病來創造秩序,使它們的細胞和蛋白質成形?答案還是在於熱量。恆星和生物都在其內部創造秩序,但這樣做的代價是向周圍散發熱量,從而加劇了全球範圍的無序(也就是說,人類以不斷釋放熱量為代價來增加並維持其賴以生存的秩序)。

那麼,我們能記住未來嗎?儘管所謂的「逆熵」理論不能很好地自圓其說,但《信條》中最有意思的元素可能是其中的主角也隨著時間逆流,並與正向的事件共存。這可能與時間的心理箭頭有關。

「問題在於:時間心理箭頭的方向是否隨著熱力學箭頭而反轉?」烏蘭加表示。他回憶說,在電影中,「我們體驗到時光倒流,因為我們看到了距離我們越來越遠的事件」。但在現實世界中,這個箭頭總是向前移動:「從根本上說,它與記憶的形成息息相關。我們記得過去,而不是未來。」

烏蘭加解釋說:「諾蘭說服我們反物體可以在時間中逆行的另一科學依據是惠勒-費曼理論。這是一種相對論性的超距作用理論,其中假定宇宙中有足夠的吸收體,它是作為帶電粒子發出的所有作用的收縮點,輻射阻尼就是這個理論的一個結論。因此,反轉的子彈將是一顆「防彈」,朝著對子彈來說已經是「過去」的「未來」發射。

《信條》不僅直面量子力學的神秘行為,還違背了相對論。正如烏蘭加所解釋的那樣,時間旅行違反了兩個重要規則:沒有任何東西可以比光速更快地旅行,並且正是由於這個原因,信息無法從未來傳遞到過去。就是說,不可能像諾蘭電影所描述的那樣,一支未來的代表正向時間的紅隊將重要信息傳遞給過去的一支代表逆向時間的藍隊。

烏蘭加表示:「如果有某種方式可以以比光速更快的速度傳輸信息,那麼未來可能會影響到以前發生的事情。」這將違反因果關係原則。

因果關係是與光速相關的概念,光速是信息傳輸的最大極限。「當發生可以將信息傳輸到其他區域的事件時,如果沒有時間讓光線從一個區域傳播到另一個區域,則這些事件將被斷開。」這是打破《信條》中帶出的所謂「祖父悖論」的另一關鍵點。信息的速度必須快于光速,才能克服時間的流逝,並進一步發展到過去,在那裡您可以遇到自己的祖父甚至羅馬帝國。

如果存在宇宙箭頭、熱力學箭頭和心理箭頭,它們將走多遠?時間什麼時候用完?「據我們所知,宇宙將越來越快地膨脹,星系將逐漸稀釋,一切將變得更冷、更空和更暗。星星將耗盡燃料,膨脹將永遠不會結束。這就是所謂的『大凍結』理論。」烏蘭加表示。(編譯/韓超)